ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO Y
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA CABECERA
CANTONAL “MALIMPIA” UBICADA EN EL CANTÓN QUININDÉ,
PROVINCIA DE ESMERALDAS
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
DARÍO JAVIER CASTILLO SARANGO
DIEGO HERNÁN HIDALGO ROBALINO
DIRECTOR: ING. GERMÁN LUNA H., MBA.
Quito, Noviembre 2006
ii
DECLARACIÓN
Nosotros, Darío Javier Castillo Sarango y Diego Hernán Hidalgo Robalino, declaramos
que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente
presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las
referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a
este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su
Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
Darío Javier Castillo Sarango
Diego Hernán Hidalgo Robalino
iii
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Darío Javier Castillo Sarango y
Diego Hernán Hidalgo Robalino, bajo mi supervisión.
Ing. Germán Luna H., MBA.
DIRECTOR DE PROYECTO
iv
AGRADECIMIENTOS
Al ing. Germán Luna por haber confiado y corregido este proyecto
v
DEDICATORIA
vi
AGRADECIMIENTOS
vii
DEDICATORIA
viii
CONTENIDO
DECLARACIÓN ..............................................................................................................II
CERTIFICACIÓN............................................................................................................III
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... IV
DEDICATORIA............................................................................................................... V
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... VI
DEDICATORIA............................................................................................................. VII
CONTENIDO ............................................................................................................... VIII
ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................... XIII
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................XIV
ÍNDICE DE ECUACIONES .........................................................................................XVI
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS .....................................................................................XVIII
RESUMEN ...................................................................................................................XIX
PRESENTACIÓN .........................................................................................................XX
CAPITULO 1.
INTRODUCCION ...............................................................................1
1.1
ANTECEDENTES.............................................................................................1
1.2
OBJETIVOS......................................................................................................2
1.3
JUSTIFICACIÓN ..............................................................................................2
1.4
ALCANCE.........................................................................................................3
CAPITULO 2.
MARCO URBANO DEL PROYECTO...............................................5
2.1
UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y CLIMA.............................................................5
2.2
TOPOGRAFÍA ..................................................................................................7
2.2.1 OROGRAFÍA:................................................................................................7
2.2.2 HIDROGRAFÍA: ............................................................................................8
2.2.3 CONDICIONES ACTUALES:........................................................................9
ix
2.3
DESCRIPCIÓN BREVE DE ASPECTOS SOCIO, CULTURAL Y
ECONÓMICO.............................................................................................................12
2.3.1 ENCUESTA.................................................................................................12
2.3.2 CONCLUSIONES DE LAS ENCUESTAS ..................................................20
2.4
SERVICIOS DE INFRAESTRUCTURA URBANA EXISTENTE....................26
2.4.1 SISTEMA DE AGUA POTABLE .................................................................26
2.4.2 ENERGÍA ELÉCTRICA Y TELEFONÍA ......................................................27
2.4.3 SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS......................27
2.4.4 INFRAESTRUCTURA VIAL........................................................................28
2.4.5 OTROS SERVICIOS...................................................................................29
CAPITULO 3.
3.1
DISEÑO DE LA RED .......................................................................31
PARÁMETROS DE DISEÑO..........................................................................31
3.1.1 ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS....................................................................31
3.1.2 TIPO DE SISTEMA .....................................................................................32
3.1.3 PERÍODO DE DISEÑO...............................................................................33
3.1.4 DOTACIÓN DE AGUA POTABLE ..............................................................34
3.1.5 COEFICIENTE DE REDUCCIÓN ...............................................................34
3.1.6 AREAS DE APORTACIÓN .........................................................................35
3.1.7 ÁREAS DE SERVICIO................................................................................35
3.1.8 DENSIDAD POBLACIONAL. ......................................................................36
3.1.9 TIPO DE TUBERÍA .....................................................................................37
3.1.10 PROFUNDIDADES .....................................................................................38
3.2
ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA ...............................................38
3.2.1 MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA ........................39
3.2.1.1
Métodos matemáticos ......................................................................40
3.2.1.2
Métodos estadísticos .......................................................................43
3.2.1.3
Otro...................................................................................................47
3.2.2 ANÁLISIS POBLACIONAL..........................................................................48
3.3
CÁLCULO DE CAUDALES DE DISEÑO. ......................................................49
3.3.1 CAUDAL DE AGUAS SERVIDAS...............................................................49
3.3.2 COEFICIENTE DE SIMULTANEIDAD O MAYORACIÓN (M) ...................50
3.3.3 CAUDAL DE INFILTRACIÓN .....................................................................51
x
3.3.4 CAUDAL DE AGUAS ILÍCITAS ..................................................................52
3.4
HIDRÁULICA DE LOS COLECTORES .........................................................53
3.4.1 FORMULAS PARA DISEÑO DE REDES DE ALCANTARILLADO. ..........53
3.4.1.1
Flujo en tuberías con sección llena..................................................54
3.4.1.2
Flujo en tuberías con sección parcialmente llena............................55
3.4.2 PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS CONDUCTOS CIRCULARES .57
3.4.2.1
Relación d/D.....................................................................................57
3.4.2.2
Relación v/V .....................................................................................58
3.4.3 CRITERIOS DE VELOCIDAD EN LOS CONDUCTOS:.............................58
3.4.4 PENDIENTES MÍNIMAS.............................................................................61
3.4.5 DIÁMETROS Y/O SECCIONES DE LAS ALCANTARILLAS.....................62
3.4.6 TRANSICIONES – ESCALONES ...............................................................62
3.5
CÁLCULO DE RED DE ALCANTARILLADO................................................65
3.6
EJEMPLO DE CÁLCULO ..............................................................................67
3.7
POZOS DE REVISIÓN....................................................................................69
3.8
CONEXIONES DOMICILIARIAS ...................................................................76
3.9
DESCARGA ...................................................................................................77
CAPITULO 4.
DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
..........................................................................................................79
4.1
COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES..........................................79
4.2
LA AUTODEPURACION................................................................................80
4.2.1 INTRODUCCION ........................................................................................80
4.2.2 EL FENOMENO DE LA AUTODEPURACIÓN ...........................................80
4.2.3 FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA AUTODEPURACION ...............82
4.2.3.1
Características propias del curso del cuerpo receptor ....................82
4.2.3.2
Tiempo .............................................................................................83
4.2.3.3
Nutrición ...........................................................................................83
4.2.3.4
Temperatura.....................................................................................83
4.2.3.5
Luz....................................................................................................83
4.2.4 PARÁMETROS DE REFERENCIA PARA LA EVALUACIÓN DE LA
AUTODEPURACIÓN .............................................................................................84
xi
4.2.5 COEFICIENTES Y TASAS NECESARIAS PARA LA EVALUACIÓN DEL
BALANCE DE OXIGENO DISUELTO ...................................................................85
4.2.5.1
Coeficiente de desoxigenación (k1)..................................................85
4.2.5.2
Coeficiente de re - aeración (k2) ......................................................86
4.2.6 BALANCE DE OXIGENO SEGUN STREETER Y PHELPS ......................86
4.2.7 DATOS DE IMPORTANCIA EN LOS CÁLCULOS DE AUTODEPURACION
.....................................................................................................................87
4.2.7.1
Datos del curso de agua ..................................................................87
4.2.7.2
Datos de las aguas servidas ............................................................88
4.2.8 AUTODEPURACIÓN EN EL RÍO BLANCO ...............................................89
4.3
PLANTA DE TRATAMIENTO ........................................................................94
4.3.1 OBJETO DEL TRATAMIENTO...................................................................94
4.3.2 GRADO DE TRATAMIENTO ......................................................................94
4.3.3 DIAGNÓSTICO DE LA CALIDAD DEL CUERPO RECEPTOR.................96
4.3.4 INVESTIGACIONES EN EL CUERPO RECEPTOR..................................97
4.4
OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS EMPLEADOS EN EL
TRATAMIENTO PRELIMINAR (O PRIMARIO) ........................................................97
4.4.1 REJAS .........................................................................................................99
4.4.2 SEDIMENTADOR Y DIGESTOR..............................................................102
4.4.3 TANQUES IMHOFF ..................................................................................103
4.4.3.1
Características para el diseño de la zona de sedimentación del
tanque Imhoff....................................................................................................105
4.4.3.2
Características para el diseño la zona del compartimiento de
almacenamiento y digestión de lodos del tanque Imhoff .................................106
4.4.3.3
Características para el diseño de la superficie libre entre las paredes
del digestor y las del sedimentador (zona de espumas)..................................107
4.4.3.4
Características para la remoción de lodos digeridos.....................107
4.4.4 DISEÑO DEL TANQUE IMHOFF .............................................................109
4.5
PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO DE LODOS ...........................................111
4.5.1 LECHOS DE SECADO DE LODOS .........................................................112
4.6
TRATAMIENTO SECUNDARIO ..................................................................113
4.6.1 LECHOS DE INFILTRACIÓN ...................................................................114
xii
CAPITULO 5.
5.1
EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL PROYECTO..........................118
DETERMINACIÓN DEL VALOR UNITARIO POR RUBRO.........................118
CAPITULO 6.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................120
6.1
CONCLUSIONES .........................................................................................120
6.2
RECOMENDACIONES ................................................................................124
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................125
ANEXOS......................................................................................................................127
ANEXO 1.
TOPOGRAFÍA.......................................................................................128
ANEXO 2.
DATOS DE LOS CENSOS ELABORADOR POR EL INEC................129
ANEXO 3.
ESTRATIGRAFÍA DEL SUBSUELO....................................................130
ANEXO 4.
CALIDAD DEL CUERPO RECEPTOR ................................................131
ANEXO 5.
CAUDALES MEDIOS MINIMOS ..........................................................132
ANEXO 6.
PLANOS DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO .............................133
ANEXO 7.
PLANOS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO ..................................134
ANEXO 8.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS .......................................................135
ANEXO 9.
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS .................................................136
xiii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2-1 No. de miembros que habitan en la casa......................................................15
Tabla 2-2 Forma del almacenamiento del agua dentro de la familia ............................25
Tabla 3-3 Áreas de servicio ...........................................................................................36
Tabla 3-4 Cálculo de densidad......................................................................................37
Tabla 3-5 Coeficiente de rugosidad η para la fórmula de Manning ..............................37
Tabla 3-6 Población por años........................................................................................39
Tabla 3-7 Tipos de regresiones para el método estadístico .........................................43
Tabla 3-8 Relación de variables para las regresiones estadísticas ..............................44
Tabla 3-9: Resumen de R2 de los métodos estadísticos ..............................................46
Tabla 3-10: tasas de crecimiento poblacional según el MIDUVI...................................47
Tabla 3-11: Resumen de poblaciones estimadas por diferentes métodos...................49
Tabla 3-12 Criterios de velocidad mínimas en los conductos.......................................60
Tabla 3-13 Criterios de velocidad máxima en los conductos........................................60
Tabla 3-14 Pendientes mínimas para las alcantarillas de aguas residuales ................61
Tabla 4-15 Déficit de oxígeno para la descarga al río Blanco ......................................92
Tabla 4-16 Operaciones y procesos unitarios utilizados en el tratamiento preliminar de
aguas residuales............................................................................................................98
xiv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2-1 Ubicación geográfica de la comunidad de Malimpia .....................................6
Figura 2-2 Porcentaje de diversidad..............................................................................12
Figura 2-3 Porcentaje de miembros del núcleo familiar que trabajan...........................13
Figura 2-4 Porcentaje de principal actividad económica del padre...............................13
Figura 2-5 Porcentaje de principal actividad económica de la madre...........................14
Figura 2-6 Porcentaje de principal actividad económica de los hijos............................15
Figura 2-7 Porcentaje de miembros del núcleo familiar ................................................16
Figura 2-8 Porcentaje de miembros del núcleo familiar que tienen seguro..................16
Figura 2-9 Porcentaje de ingresos del núcleo familiar ..................................................17
Figura 2-10 Porcentaje de otros ingresos del núcleo familiar .......................................17
Figura 2-11 Porcentaje de principales enfermedades que afectan a los niños ............18
Figura 2-12 Porcentaje de causas de enfermedades que afectan a los niños.............18
Figura 2-13 Porcentaje de lugares donde asisten los niños al enfermarse ..................19
Figura 2-14 Porcentaje de tipos de residuos producidos..............................................23
Figura 2-15 Porcentaje de tipos de recipientes usados ................................................24
Figura 2-16 Porcentaje de disposición de la basura .....................................................24
Figura 2-17 Porcentaje de forma del almacenamiento del agua dentro de la familia...25
Figura 3-18 Teodolito SOKKIA Modelo DT5S Serie D20 511.......................................32
Figura 3-19 Delimitación de áreas de aportación a cada tramo ...................................35
Figura 3-20 Área de crecimiento futuro .........................................................................36
Figura 3-21 Regresión Línea recta................................................................................44
Figura 3-22 Regresión Exponencial ..............................................................................45
Figura 3-23 Sección de una tubería parcialmente llena................................................56
Figura 3-24 Variación del flujo y l a velocidad con la profundidad en tuberías circulares
.......................................................................................................................................58
Figura 3-25 Transiciones verticales entre dos colectores contiguos ............................63
Figura 3-26 Línea de energía de transiciones verticales entre dos colectores contiguos
.......................................................................................................................................64
Figura 3-27 Corte de la zanja de instalación del pozo ..................................................70
Figura 3-28 Consideraciones para tramo de inicio en pozo de paso............................71
xv
Figura 3-29 Vista en planta de un pozo de revisión con tres entradas y una salida.....72
Figura 3-30 Vista en planta de un pozo de revisión con dos entradas y una salida.....73
Figura 3-31 Vista en planta de un pozo de revisión con una entrada y una salida ......74
Figura 3-32 Pozo de revisión tipo ..................................................................................75
Figura 3-33 Conexiones domiciliarias ...........................................................................77
Figura 4-34 Diagrama simplificado de la curva de depresión de oxígeno ....................87
Figura 4-35 Curva de depresión de OD ........................................................................93
Figura 4-36 Tanque Imhoff ..........................................................................................104
Figura 4-37 Corte tanque Imhoff..................................................................................104
Figura 4-38 Corte tanque Imhoff..................................................................................104
Figura 4-39 Características de la cámara de sedimentación de un tanque Imhoff.....105
Figura 4-40 Detalles de entrada y salida del tanque Imhoff........................................106
Figura 4-41 Detalle de la cámara de digestión del tanque Imhoff...............................107
Figura 4-42 detalles de la cámara de digestión del tanque Imhoff .............................108
Figura 4-43 Corte lecho de secado .............................................................................113
Figura 4-44 Corte longitudinal del lecho de infiltración ...............................................116
Figura 4-45 Corte transversal del lecho de infiltración ................................................117
xvi
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 3-1 Población futura utilizando el método lineal............................................40
Ecuación 3-2 Tasa de cambio poblacional para el método lineal .................................41
Ecuación 3-3 Población futura utilizando el método geométrico ..................................42
Ecuación 3-4 Tasa de crecimiento para el método geométrico ....................................42
Ecuación 3-5 Coeficiente R2 ..........................................................................................44
Ecuación 3-6 Población futura utilizando el método estadístico logarítmico ................47
Ecuación 3-7 Población futura utilizando el método sugerido por el MIDUVI...............48
Ecuación 3-8 Caudal de aguas servidas .......................................................................50
Ecuación 3-9 Coeficiente de mayoración ......................................................................50
Ecuación 3-10: Caudal de infiltración ............................................................................51
Ecuación 3-11: Caudal de infiltración para áreas grandes............................................52
Ecuación 3-12 Caudal de infiltración para áreas pequeñas..........................................52
Ecuación 3-13 Caudal de aguas ilícitas ........................................................................52
Ecuación 3-14 Ecuación de Manning para cálculo de la velocidad ..............................53
Ecuación 3-15 Radio Hidráulico ....................................................................................54
Ecuación 3-16 Radio Hidráulico para tuberías con sección llena .................................54
Ecuación 3-17 Ecuación de continuidad .......................................................................55
Ecuación 3-18 Caudal para tuberías con sección llena ................................................55
Ecuación 3-19 Ángulo central Өº (en grado sexagesimal)............................................56
Ecuación 3-20 Radio Hidráulico para tuberías con sección parcialmente llena ...........56
Ecuación 3-21 Ecuación de Manning para cálculo de la velocidad en tuberías con
sección parcialmente llena ............................................................................................56
Ecuación 3-22 Caudal para tuberías con sección parcialmente llena ..........................57
Ecuación 3-23 Relación d/D ..........................................................................................57
Ecuación 3-24 Relación v/V...........................................................................................58
Ecuación 3-25 Velocidad de arrastre o de autolimpieza ...............................................59
Ecuación 3-26 Transiciones verticales entre dos colectores contiguos........................63
Ecuación 3-27 Pérdidas de carga adicionales provocadas por la curvatura ................63
Ecuación 3-28 Transiciones verticales totales entre dos colectores contiguos
(considerando curvaturas) .............................................................................................64
xvii
Ecuación 4-29 Coeficiente de desoxigenación K1.........................................................85
Ecuación 4-30 Coeficiente de re - aeración K2 según Owens, Edwards, Gibbs ...........86
Ecuación 4-31 Eficiencia de una reja ............................................................................99
Ecuación 4-32 Pérdida producida en la reja................................................................100
xviii
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía 2-1 Malecón de Malimpia ...............................................................................5
Fotografía 2-2 Cultivos de palma. Vegetación tropical que rodea al sector. ..................7
Fotografía 2-3 La teca (al fondo) es una madera de exportación ...................................8
Fotografía 2-4 Población en el sitio previsto para la descarga a orillas del río Blanco...9
Fotografía 2-5 Desde el lugar de la descarga hacia aguas abajo.................................10
Fotografía 2-6 Desde el lugar de la descarga hacia aguas arriba ................................10
Fotografía 2-7 Estero Malimpia en su confluencia con el río Blanco ............................11
Fotografía 2-8 Centro de Salud de Los Arenales..........................................................19
Fotografía 2-9 Pesca turística a pequeña escala en el Río Blanco (izquierda) y en el
estero Malimpia (derecha) .............................................................................................20
Fotografía 2-10 Existe gran variedad de peces ............................................................21
Fotografía 2-11 La Guaña .............................................................................................21
Fotografía 2-12 Sitio de ubicación del pozo y la bomba de agua potable. Junto,
encargado de encender la bomba.................................................................................26
Fotografía 2-13 Tanque elevado para la distribución del agua potable........................27
Fotografía 2-14 Vía de acceso a la comunidad Los Arenales - Malimpia.....................28
Fotografía 2-15 Las rancheras son los principales medios de transporte hacia las
comunidades rurales .....................................................................................................29
Fotografía 2-16 Escuela Fiscal Mixta No. 55 “Federico González Suárez” de Malimpia
.......................................................................................................................................30
Fotografía 2-17 Iglesia de Malimpia ..............................................................................30
Fotografía 3-18 Sitio elegido para la descarga en el Río Blanco..................................78
Fotografía 3-19 Unión del río Malimpia (derecha) con el río Blanco (izquierda) ..........78
xix
RESUMEN
Se presenta el diseño de un sistema de alcantarillado sanitario, así como el diseño de
la planta de tratamiento para la comunidad de Malimpia, ubicada en la Provincia de
Esmeraldas, Cantón de Quinindé, utilizando los criterios y especificaciones propuestos
por diferentes organizaciones y adaptadas a las condiciones de este proyecto.
Para el diseño de la red de alcantarillado se parte desde los estudios de topografía, así
como un estudio y análisis de las costumbres a partir de encuestas realizadas a los
moradores y así determinar las condiciones actuales de la población.
En el diseño de la planta de tratamiento se hace un estudio del cuerpo receptor para
determinar el grado de tratamiento de las aguas residuales, procedentes del
alcantarillado sanitario, necesario para no afectar al ecosistema que rodea a Malimpia.
El proyecto se complementa con el análisis de precios unitarios de los diferentes
rubros que intervienen en el proyecto, cronograma de actividades y de avance de
obra.
xx
PRESENTACIÓN
El desarrollo integral de los diversos asentamientos urbanos y rurales requiere una
solución a los problemas sanitarios y de salud pública, por lo que es necesario
implementar una infraestructura sanitaria que satisfaga las necesidades de dichas
poblaciones.
Esto ha cobrado importancia progresivamente desde principios de la década de 1970
como resultado de la preocupación general expresada en todo el mundo sobre el
problema, cada vez mayor de la contaminación humana del medio ambiente, desde al
aire a los ríos, lagos, océanos y aguas subterráneas, por los desperdicios domésticos,
industriales, municipales y agrícolas.
El presente proyecto se plantea como una parte de la solución a los problemas de la
comunidad de Malimpia, dotándola de un sistema de alcantarillado sanitario con su
respectiva planta de tratamiento, de tal forma que el impacto ambiental en este sector
rural sea el menor.
1
CAPITULO 1. INTRODUCCION
1.1 ANTECEDENTES
El incremento de la población dentro del área rural, ha originado una demanda
creciente de los servicios básicos, que son los componentes indispensables que
deben ser provistos a todo conglomerado social para disminuir los efectos negativos
en las personas que habitan en dicho sector, y así mejorar muchos aspectos, entre
ellos el entorno ambiental, urbanístico y salud, etc.
Para que el proyecto en estudio se ajuste a las condiciones socioeconómicas y
brinde los mejores beneficios, es necesario identificar la solución más adecuada a
las
condiciones
particulares
del
área
del
proyecto,
para
garantizar
su
implementación inmediata, su sostenibilidad financiera, su facilidad operativa a lo
largo del tiempo del servicio y la sustentabilidad ambiental del entorno al mitigar los
impactos negativos constructivos y operacionales.
Entre La Escuela Politécnica Nacional, la Fundación Sinergia, en forma conjunta y
coordinadas con La Alcaldía de Quinindé y con la cooperación de la empresa
Palmeras de los Cien, se ha planificado la realización del estudio de alcantarillado
sanitario y el tratamiento de aguas para la comunidad de Malimpia.
El diseño del sistema de agua potable se lo realizó en el año de 1972, y estuvo a
cargo del Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias (ex – IEOS) y consiste en un
pozo profundo de 18.30 m, un tanque de almacenamiento y distribución..1
Para el diseño del sistema de alcantarillado se han tomado los datos requeridos,
tales como: ubicación, topografía de la zona, dotación, estratigrafía, etc. parámetros
1
Ecuador. Departamento de Operación del Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias, Memoria
descriptiva del proyecto de agua potable para “Malimpia”, Provincia de Esmeraldas, Quito, 1972.
2
que son expuestos en dicho estudio y que ahora han sido actualizados con los
trabajos de campo realizados para este proyecto, entre ellos el levantamiento
topográfico de la zona y el estudio de las costumbres de la comunidad, expuesto y
analizado en las encuestas efectuadas.
1.2 OBJETIVOS
El alcance del presente trabajo se enmarca dentro de los siguientes objetivos
específicos:
- Mejorar el nivel de vida de los moradores y minimizar problemas de insalubridad
de la cabecera cantonal Malimpia, mediante el diseño del sistema de
alcantarillado sanitario y el tratamiento de aguas residuales.
- Causar el menor daño ecológico al río Blanco en el cual se descargarán las
aguas tratadas procurando mantener un equilibrio en el medio ambiente, y
sobre todo no alterar las costumbres de los pobladores como la pesca, el
turismo, etc.
1.3 JUSTIFICACIÓN
En la comunidad de Malimpia se presentan problemas de salud como parasitosis,
enfermedades intestinales, entre otros2, debido a que las fosas sépticas colmatadas
por aproximadamente 10 años de uso, presentan infiltraciones hacia los pozos
subterráneos de donde la población se abastece de agua y que están localizados
en el centro de la población junto al río, para donde escurren las aguas freáticas.
Los problemas sociales por los que atraviesa la comunidad están relacionados con
la pobreza y la insalubridad. La falta de atención de organismos gubernamentales
hacia este sector de la provincia de Esmeraldas han ahondado más este problema,
2
Analizado en el punto 2.3.1ENCUESTA
3
por lo que se registra un gran número de emigrantes hacia las grandes ciudades y
zonas urbanas, como la ciudad de Esmeraldas, Santo Domingo de los Colorados,
Guayaquil y Quito, lo que conlleva a problemas sociales entre ellos el desempleo, la
prostitución, el incremento de índices delictivos, etc.
Uno de los importantes factores que influye en el retraso y estancamiento de la
población, es el hecho de no existir uno de los servicios básicos como es el
alcantarillado.
Una vez ejecutado el proyecto de alcantarillado, éste podría ayudar a que en el
futuro este lugar pueda convertirse en un atractivo centro turístico debido a su
ubicación, de privilegio, con grandes potenciales agroindustriales, variada flora y
fauna, así como artesanías y costumbres que resaltar y cultivar.
1.4 ALCANCE
Se propone como solución para los problemas expuestos la implantación de un
sistema de alcantarillado sanitario, exclusivamente. Esto ya que la comunidad se
encuentra a orillas del río Blanco y del estero Malimpia, y por ello no es necesaria la
construcción de un alcantarillado pluvial o combinado ya que las aguas lluvias
escurren directamente a los cuerpos hídricos. Adicionalmente se propondrá una
unidad para el tratamiento de las aguas servidas a ser emitidas a los receptores
naturales.
Todos los diseños están
sujetos a las regulaciones y especificaciones de técnicas
dadas por el ex Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarios (ex IEOS), Ministerio de
Desarrollo Urbano y Vivienda (MIDUVI), la Empresa Metropolitana de Alcantarillado
y Agua Potable de Quito (EMAAP-Q), y las estipulaciones del CEPIS, al no existir
dichas regulaciones en el Departamento de Obras Públicas del Municipio del cantón
Quinindé.
Se presentarán los parámetros de diseño, en los que se especifican los rubros y
actividades a intervenir, así como la memoria de cálculo, los planos del diseño del
4
sistema de alcantarillado, los planos de la planta de tratamiento, el listado de los
materiales, el análisis económico de los precios unitarios, la programación y el
cronograma de las etapas de la construcción y el presupuesto total del proyecto.
5
CAPITULO 2. MARCO URBANO DEL PROYECTO
2.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y CLIMA
La comunidad de Malimpia se encuentra ubicada en la Región Costa, Provincia de
Esmeraldas, a orillas del río Blanco, en la juntura con el estero Malimpia, a
aproximadamente 25 Km. aguas abajo de Quinindé. Su ingreso se lo realiza por la
vía Los Arenales – Malimpia, que bordea la margen izquierda del Río Blanco, o por
la vía alterna de El Coco.
Una de las razones para el retraso o casi nulo desarrollo urbanístico de Malimpia
radica en su ubicación y su dificultoso acceso. Una vez que la comunidad cuente
con los servicios básicos y mejore su infraestructura vial, Malimpia tendrá un
potencial turístico grande.
Fotografía 2-1 Malecón de Malimpia
6
Sus Coordenadas Geográficas son:
Coordenadas Planas UTM:
Norte: 10200
▲
Este: 9600
◄
Malimpia
►
Este: 10400
▼
Norte: 9400
Elevación: 101 msnm.
Figura 2-1 Ubicación geográfica de la comunidad de Malimpia
7
Una cosa similar ocurre con las demás poblaciones cercanas y vecinas. Entre las
ciudades y poblados aledaños están: El Coco, Los Arenales, San Juan, Bellavista,
El Cedro, Las Vegas, Las Palmeras, Guachal, La Bocana De Guayllabamba, 5 De
Agosto, Puerto Cupa, entre otras.
Posee un clima cálido húmedo, con una temperatura media de 23 ºC.
2.2
TOPOGRAFÍA
2.2.1
OROGRAFÍA:
Presenta suelos profundos arenosos con una capa superior limosa más potente al
oeste.
El relieve es más o menos regular con predominio de áreas de vegetación tropical y
suelos aptos para cultivos temporales. En términos generales se trata de un relieve
bastante plano, aunque presenta una pendiente ligera hacia el Río Blanco.
Fotografía 2-2 Cultivos de palma. Vegetación tropical que rodea al sector.
8
Fotografía 2-3 La teca (al fondo) es una madera de exportación
2.2.2
HIDROGRAFÍA:
Los ríos Blanco, Guayllabamba y Quinindé conforman la hidrografía del sector,
todos ellos reciben las aguas de ríos de menor caudal y esteros, entre los que se
menciona: Río Cupa, Cole, Agua Clara, Zapallo, Naranjal, Quinindé, estero
Malimpia, Calvario, etc.
El flujo de la escorrentía o drenaje es de sur-este a nor-oeste, es decir hacia el
cauce del río Blanco.
9
La comunicación hacia la comunidad, así como el comercio, también se lo realiza
por vía fluvial.
2.2.3
CONDICIONES ACTUALES:
El área de estudio presenta características de urbanización que necesitan ser
mejoradas, puesto que el sector constituye un importante eje turístico.
Fotografía 2-4 Población en el sitio previsto para la descarga a orillas del río Blanco
Como se muestra en la Fotografía 2-4, los usos del río son diversos. La comunidad
acostumbra a lavar su ropa, bañarse, nadar y pescar en el río.
En la Fotografía 2-5 y en la Fotografía 2-6 se puede apreciar el sitio previsto para la
descarga sanitaria, siendo el receptor final el Río Blanco.
10
Fotografía 2-5 Desde el lugar de la descarga hacia aguas abajo
Fotografía 2-6 Desde el lugar de la descarga hacia aguas arriba
11
Como se observa el río Blanco es un cuerpo hídrico grande, de un ancho
aproximado de 150 m, cuyo caudal oscila entre los 600 l/s y que en época de estiaje
el nivel se encuentra en la cota 88.77 msnm y en época de crecidas alcanza la cota
92.80 msnm.
Se ha elegido como cuerpo receptor al río Blanco debido a su tamaño y gran
caudal. Ello interviene y facilita la autodepuración de sus aguas en condiciones
naturales.
Fotografía 2-7 Estero Malimpia en su confluencia con el río Blanco
El estero Malimpia presenta un caudal relativamente bajo en época de estiaje. El
cuidado que la población ha tenido con el río no es muy bueno. Existen algunas
especies de peces pero en pocas cantidades. La especie más cotizada es el
camarón de río.
12
2.3 DESCRIPCIÓN BREVE DE ASPECTOS SOCIO, CULTURAL Y
ECONÓMICO
Para poder evidenciar las condiciones socio – económicas, culturas y costumbres
de la población a beneficiar, se diseñó una encuesta que se aplicó a toda la
población, casa por casa y con cada núcleo familiar.
2.3.1
ENCUESTA
El resumen de las encuestas se presenta a continuación:
Fecha
: Mayo del 2006
Provincia
: Esmeraldas
Cantón
: Quinindé
Comunidad : Malimpia
Poblacional
98%
Afro-ecuatoriana
Mestiza
2%
Figura 2-2 Porcentaje de diversidad
Malimpia se encuentra conformada en su mayoría por población afroecuatoriana,
existiendo sin embargo un porcentaje pequeño de población mestiza.
13
Miembros del grupo familiar que trabajan
2%
26%
Hombres
Mujeres
Niño
72%
Figura 2-3 Porcentaje de miembros del núcleo familiar que trabajan
En la mayoría de los hogares, quien aporta con la economía familiar son
generalmente los padres. Existe un porcentaje pequeño de niños que trabajan.
Principal actividad económica del padre
69%
Agricultura
Comercio
Artesania
Empleado público
16%
3%
11%
Otros
1%
Figura 2-4 Porcentaje de principal actividad económica del padre
La principal actividad económica de las familias en general es la agricultura, siendo
el hombre quien aporta más en la economía familiar.
14
Las labores agrícolas se desarrollan además dentro del hogar para consumo interno
en pequeños terrenos dentro de las casas.
Los cultivos grandes están fuera de la comunidad, y se ubican a una corta distancia
del cuerpo de agua. El 51% usa químicos para sus cultivos por lo que llegan a
contaminarlo cuando estos productos escurren con el agua lluvia.
Otras actividades económicas de ingreso se refiere a profesiones tales como:
chofer, arbitraje.
Principal actividad económica de la madre
73%
Agricultura
Comercio
Empleado público
Actividad doméstica
15%
3%
9%
Figura 2-5 Porcentaje de principal actividad económica de la madre
Las madres de familia aportan poco a los ingresos familiares. La mayoría se
dedican a las labores domésticas y de apoyo.
Las madres de familia ocasionalmente pueden obtener ingresos como cocineras.
15
Hijos:
Principal actividad económica de los hijos
33%
Agricultura
Empleado público
56%
Otros
11%
Figura 2-6 Porcentaje de principal actividad económica de los hijos
Aunque pocos, los hijos con edad adolescente se ven obligados a incorporarse a la
actividad económica para aumentar el ingreso familiar.
Existe también una población que se desempeña como empleados públicos.
No.
HOMBRES
MUJERES
NIÑOS/AS
Miembros núcleo familiar
28%
30%
42%
Cuantos trabajan
72%
26%
2%
Jubilados
4%
Cuantos tienen seguro
34%
42%
24%
Tabla 2-1 No. de miembros que habitan en la casa
16
Miembros del nucleo familiar
28%
Hombres
42%
Mujeres
Niño
30%
Figura 2-7 Porcentaje de miembros del núcleo familiar
En esta comunidad existe una población mayoritariamente joven.
Miembros que tienen seguro
24%
34%
Hombres
Mujeres
Niño
42%
Figura 2-8 Porcentaje de miembros del núcleo familiar que tienen seguro
La gran mayoría de los pobladores económicamente activos tienen seguro
campesino.
17
Ingreso del núcleo familiar
$ 34.00
$ 89.39
$ 79.75
Padre
Madre
Hijos/as mayores de 12 años
Figura 2-9 Porcentaje de ingresos del núcleo familiar
Los ingresos de la familia incluye en muchos casos el bono solidario que financia el
gobierno.
Otros ingresos
$ 42.50
$ 10.87
Ingresos de familiares fuera del hogar
Subsidios del gobierno (bono de solidaridad)
Figura 2-10 Porcentaje de otros ingresos del núcleo familiar
También se incluye dentro de estos ingresos la participación de familiares que han
salido a la ciudad y que contribuyen a la familia.
18
Salud:
Principales enfermedades que afectan a los niños y niñas
15%
15%
13%
24%
33%
Diarrea
Parasitosis
Enfermedades respiratorias
Enfermedades de la piel
Otras
Figura 2-11 Porcentaje de principales enfermedades que afectan a los niños
Las principales enfermedades que afectan a los niños son las respiratorias. La
parasitosis también afecta a la población infantil. Su presencia se debe a la mala
calidad del agua que, como se explicó, se prevé esta contaminada.
Causa de las enfermedades
3%
3%
Agua
13%
Polvo
3%
Alimentos
53%
23%
Mosquitos
Descuido
Aire
Figura 2-12 Porcentaje de causas de enfermedades que afectan a los niños
Esto debido a la presencia de polvo en el ambiente al no existir calles totalmente
pavimentadas. También contribuye el hecho de que la mayoría del tiempo los niños
pasan jugando en el río. Lo que a la vez ocasiona otro tipo de molestias como
enfermedades a la piel.
19
Lugares donde acuden los niños cuando se
enferman
9%
20%
Subcentro Malimpia
Centro de salud Arenales
Otros
71%
Figura 2-13 Porcentaje de lugares donde asisten los niños al enfermarse
La población de Malimpia cuenta con un subcentro de salud. Sin embargo un
pequeño porcentaje de la población prefiere ser atendido en el centro de salud de
Los Arenales, debido a que en este lugar pueden hacer uso del seguro campesino.
Otros lugares de atención corresponden el seguro social, clínicas y hospitales en
Quinindé.
Fotografía 2-8 Centro de Salud de Los Arenales
20
2.3.2
CONCLUSIONES DE LAS ENCUESTAS
De las encuestas se obtiene un recuento poblacional. Por lo que la población total
de la comunidad de Malimpia para el año 2006 es de 297 habitantes.
La familia promedio se compone de cuatro miembros: un padre, una madre y dos
hijos.
Se realiza la pesca para consumo interno y turismo a pequeña escala,
primordialmente en el río Blanco. Aquí existen gran variedad de peces. Entre ellos:
guaña, trucha, camarón de río, lambiarena, sábalo, corroco, bante colorado,
mucempe, rindiche, etc.
Fotografía 2-9 Pesca turística a pequeña escala en el Río Blanco (izquierda) y en el estero
Malimpia (derecha)
21
Fotografía 2-10 Existe gran variedad de peces
Fotografía 2-11 La Guaña
22
La pesca en el estero Malimpia no es rentable debido al poco cuidado que se le ha
dado. Los pobladores acostumbran a arrojar pesticidas y químicos en sus faenas
agrícolas. También practican la pesca con dinamita, lo que daña el ecosistema y
mata toda la forma piscícola, la que demora en reactivase y crecer.
En las cercanías, a aproximadamente 45 mín. por la vía el Coco - Malimpia, se
encuentra ubicada la industria Palmeras de los Cien. Sin embargo ésta no
constituye una fuente de empleo directa para los moradores de la comunidad, ya
que la industria palmicultura no requiere de uso intenso de mano de obra.
El tipo de construcción de la mayoría de viviendas es mixta
Toda la población recibe el agua potable mediante la red pública y todos reciben en
forma continua y en cantidad suficiente, todos poseen medidores. De ellos el 91%
está satisfecho con dicho servicio.
El promedio de consumo mensual es de 5.55 m3/mes, que representa 2.78 $/mes
(resulta $ 0.50 cada m3). Esto es equivalente a una dotación de 185 lt/hab./día
El 71% de la población está de acuerdo con esta tarifa mensual, mientras que el
29% no. El porcentaje insatisfecho no lo expresa por el servicio en si, sino por el
hecho de tener que cancelar la tarifa básica mensualmente, lo que complicas sus
exiguos presupuestos familiares.
Es significativo el que un porcentaje de la población (34%) compra agua
embotellada para beber. Pagan por este servicio 3.79 $/mes.
Cuando el sistema de red pública deja de funcionar toda la población acarrea agua
del río Blanco, como en épocas de antaño.
Todas las familias poseen fosas sépticas para la disposición de excretas. La
mayoría de ellas considera necesario la construcción de un sistema de
alcantarillado (el 97%) como una vía hacia el progreso.
23
De igual forma, el porcentaje que no está de acuerdo con la construcción de este
sistema corresponde a quienes no tienen recursos económicos para poder pagarlo.
El tipo de residuos que producen y sus porcentajes se presentan en una gráfica de
resumen, a continuación:
Tipo de residuo producido
12%
20%
20%
19%
15%
15%
Comida
Papel (periódico, cartón)
Plásticos (fundas, botellas)
Vidrio
Latas
Madera
Figura 2-14 Porcentaje de tipos de residuos producidos
Los tipos de recipientes y el porcentaje de su uso dentro de la comunidad para el
almacenamiento de la basura son los mostrados a continuación:
24
Tipo de recipiente
6%
26%
63%
6%
Sacos
Fundas plásticas
Tacho plástico
Tina pequeña
Figura 2-15 Porcentaje de tipos de recipientes usados
En la actualidad todas las familias cuentan con servicio de recolección de desechos
sólidos que se realiza todos los días sábados, y que está a cargo del Municipio de
Quinindé.
Si no cuentan con la recolección, la disposición alternativa de la basura la realizan
de la siguiente manera:
Disposición alternativa de la basura
30%
35%
21%
2%
12%
A cielo abierto
A ríos
A quebradas
La entierra
La quema
Figura 2-16 Porcentaje de disposición de la basura
25
Muchas familias (91%) tienen la costumbre de separar la basura. Del total de las
familias de la comunidad, el 31% utiliza la basura orgánica como acondicionador del
suelo.
ALMACENAMIENTO DEL AGUA
PORCENTAJE
Dentro de casa
88%
Fuera de casa
12%
Con tapa
72%
Sin tapa
28%
Tabla 2-2 Forma del almacenamiento del agua dentro de la familia
Almacenamieno del agua
88%
Dentro de casa
Fuera de casa
12%
Figura 2-17 Porcentaje de forma del almacenamiento del agua dentro de la familia
El 66% de las familias hierve el agua antes de beberla
La mayoría de los habitantes desinfectan el agua con cloro.
Según los pobladores todos se lavan las manos antes de consumir los alimentos y
después de hacer sus necesidades fisiológicas. Sus integrantes se bañan un
promedio de 2 veces por día dentro de la casa. Muchas personas acostumbran
bañarse en el río y lo hacen con más frecuencia allí que dentro de la casa.
26
2.4 SERVICIOS DE INFRAESTRUCTURA URBANA EXISTENTE
Los principales servicios de infraestructura presentes en el sector son los que se
citan a continuación:
2.4.1
SISTEMA DE AGUA POTABLE
Actualmente la comunidad en el área de estudio cuenta con el abastecimiento de
agua potable de manera continua.
Fotografía 2-12 Sitio de ubicación del pozo y la bomba de agua potable. Junto, encargado de
encender la bomba
27
Fotografía 2-13 Tanque elevado para la distribución del agua potable
2.4.2
ENERGÍA ELÉCTRICA Y TELEFONÍA
El área de estudio cuenta con redes de energía eléctrica manejada por la Empresa
Eléctrica de Esmeraldas.
En lo que se refiere a servicios de telefonía, la mayoría de los habitantes cuentan
con teléfonos celulares, y un pequeño porcentaje cuenta además con telefonía fija
que tiene funcionamiento irregular y localizado.
2.4.3
SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE DESECHOS SÓLIDOS
La recolección de los desechos sólidos funciona según la planificación prevista por
la Municipalidad del cantón Quinindé. Se lo realiza todos los sábados, día en el que
pasa el carro que se encarga de recoger la basura.
Esta actividad es indispensable en tanto en cuanto evita la proliferación de focos de
infección que afectan a la salud pública.
28
2.4.4
INFRAESTRUCTURA VIAL
La red vial es escasa. Está integrada por carreteras sin pavimentar de una vía,
caminos de verano, de herradura y una variedad de senderos que comunican a los
poblados existentes en el lugar.
Fotografía 2-14 Vía de acceso a la comunidad Los Arenales - Malimpia
29
Fotografía 2-15 Las rancheras son los principales medios de transporte hacia las
comunidades rurales
2.4.5
OTROS SERVICIOS
Existen otro tipo de servicios a los que se puede hacer referencia, como escuela
primaria, colegio, transporte, puesto de auxilio inmediato, subcentro de salud e
iglesia.
30
Fotografía 2-16 Escuela Fiscal Mixta No. 55 “Federico González Suárez” de Malimpia
Fotografía 2-17 Iglesia de Malimpia
31
CAPITULO 3. DISEÑO DE LA RED
3.1 PARÁMETROS DE DISEÑO
3.1.1
ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS
Los trabajos topográficos proporcionan la información necesaria, con la exactitud
adecuada para el diseño del sistema de alcantarillado sanitario. Para el efecto se ha
requerido la realización, la planimetría y la nivelación de las calles de la comunidad.
En esta etapa se realizaron: un polígono abierto y los levantamientos de líneas de
conducción, línea de emisario (canalización que sirve para evacuar las aguas
residuales de una población hacia una depuradora o hacia el receptor) y de
descarga. Es decir, la nivelación de todas las calles de la comunidad, para
determinar cotas y el perfil del terreno, a fin de establecer los cortes o rellenos
necesarios para la conducción del sistema de alcantarillado.
Estos están vinculados al polígono cerrado empleado en donde se ubicará la planta
de tratamiento.
Al final, los trabajos topográficos fueron enlazados a hitos de control horizontal y
vertical de la red de coordenadas (x, y, z) del IGM. En el ANEXO 1. , se adjunta
toda la información topográfica realizada.
Para la topografía realizada en campo, se utilizó un el teodolito SOKKIA Modelo
DT5S Serie D20 511, que tiene una precisión angular de 5 segundos, con lectura
digital.
32
Figura 3-18 Teodolito SOKKIA Modelo DT5S Serie D20 511
3.1.2
TIPO DE SISTEMA
De acuerdo con las especificaciones del ex – IEOS, el tipo de sistema de
alcantarillado a escogerse depende del tipo de área a servirse. En general existen
tres niveles de servicio, desde el más simple hasta el alcantarillado convencional,
cuya selección tiene que ver con la situación económica de la comunidad, de la
topografía, de la densidad poblacional y del tipo de abastecimiento de agua potable
existente.
El nivel uno corresponde a comunidades rurales con casas dispersas y que tengas
calles sin ningún tipo de acabado.
El nivel dos se utilizará en comunidades que ya tengan algún tipo de trazado de
calles, con transito vehicular y que tengan una mayor concentración de casas de
modo que se justifique la instalación de tuberías de alcantarillado con conexiones
domiciliarias.
33
El nivel tres se utilizara en ciudades o en comunidades más desarrolladas en las
que los diámetros calculados caigan dentro del patrón de un alcantarillado
convencional.3
Debido a las características topográficas, urbanísticas y sociales del sector, se
concluye que el tipo de alcantarillado aplicable a la población de Malimpia
corresponde al nivel dos.
Dentro de este nivel, las recomendaciones para el alcantarillado sanitario son:
tuberías de H.S. de diámetro mínimo de 100 mm. para conexiones domiciliarias y
200 mm para conducción.
Todos los trabajos están orientados a realizar el diseño del sistema de alcantarillado
sanitario, debido a que la comunidad se encuentra a orillas del río no es necesario
la construcción de un sistema de alcantarillado pluvial ya que las aguas lluvias
escurren directamente al río, para transportar los caudales producto de las
aportaciones sanitarias de la comunidad, y posteriormente tratarlas en la planta de
tratamiento para finalmente ser descargadas en el río.
3.1.3
PERÍODO DE DISEÑO
El período de diseño es el tiempo que se estima que va a durar una obra, sea
porque sus materiales han dejado de servir conforme a su diseño o porque la obra
no alcanza a cubrir las necesidades de una población creciente al final de un
período de tiempo dado.
Por esto la determinación depende de los materiales a utilizarse, pero también
depende de lograr la recuperación de la inversión realizada.
3
Ecuador. Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de
Obras Sanitarias (I.E.O.S.), Proyecto de código ecuatoriano para el diseño de la construcción de
obras sanitarias. Abastecimiento de agua potable y eliminación de aguas residuales en el área
urbana, Quito. p. 272 -273.
34
La EMAAP-Q recomienda períodos de 25 años para colectores principales y de 30
años para descargas.
En consecuencia, para el diseño del sistema de alcantarillado de Malimpia se
adoptó un período de diseño de 25 años.
3.1.4
DOTACIÓN DE AGUA POTABLE
Para cuantificar el aporte de aguas residuales, se tomarán en cuenta los valores de
dotación de agua potable en función del clima, habitantes considerados como
población de proyecto, características económicas, culturales y datos de consumo
medido por zonas y categorías.
El sistema de agua potable de la comunidad de Malimpia fue diseñado con una
dotación de 185 lt/hab./día.4, lo que se comprueba con el dato del consumo
mensual, evidenciado en la encuesta.
Según las normas del Ex – IEOS, las dotaciones recomendadas para poblaciones
de hasta 5000 hb. que se encuentran ubicadas en zonas cálidas, oscilan entre 170
– 200 lt./hab./día, y ya que el valor de la dotación para el diseño de agua potable se
encuentra dentro de este rango, se considera válido para el cálculo del sistema de
alcantarillado sanitario.
3.1.5
COEFICIENTE DE REDUCCIÓN
Estudios estadísticos han estimado que el porcentaje de agua abastecida que llega
a la red de alcantarillado oscila entre el 70% y 80% de la dotación de agua potable.5
4
Ecuador. Departamento de Operación del Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias, Memoria
descriptiva del proyecto de agua potable para “Malimpia”, Provincia de Esmeraldas, Quito, 1972.
35
Tomando en cuenta las costumbres de la población y las condiciones climáticas del
sector, se adopta el límite superior, esto es 80%
3.1.6
AREAS DE APORTACIÓN
La división de las manzanas en áreas tributarias, se efectúa como se explica en los
esquemas a continuación:
a.
b.
Figura 3-19 Delimitación de áreas de aportación a cada tramo
Si las manzanas son cuadradas, o aproximadamente cuadradas (figura a.), se
dividen en diagonales, teniendo como lados los ejes de las calles que las circundan.
Si son rectangulares o paralelogramos (figura b.), se los divide en triángulos y
trapecios. Los lados menores de las manzanas son las bases de los triángulos y los
lados adyacentes forman ángulos aproximados de 45º.
3.1.7
ÁREAS DE SERVICIO
Se determinaron las áreas de servicio actual y futura. Estas tienen una influencia
directa en el dimensionado de la red de alcantarillado a proyectarse.
5
Ecuador. Ministerio de Salud Pública, Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias
e Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias(I.E.O.S.), Normas tentativas para el diseño de sistemas
de abastecimientos de agua potable y sistemas de alcantarillado urbanos y rurales, Quito.
36
El crecimiento de la población se prevé se extenderá en la parte sur – oeste, es
decir en la entrada a la comunidad por la vía Arenales – Malimpia (en el puente del
estero del río Malimpia).
Área actual:
5.56 Ha
Área futura total:
8.08 Ha
Tabla 3-3 Áreas de servicio
Figura 3-20 Área de crecimiento futuro
3.1.8
DENSIDAD POBLACIONAL.
Es la cantidad de personas existentes en una población en relación con la superficie
en la que habitan. Es un modo de reflejar la agrupación, lo que, a su vez, indica el
grado de concentración de individuos en el territorio.
37
Para el caso de Malimpia, se considera de igual densidad la zona del centro
poblado y el área de influencia del proyecto, por considerarlo un poblado
homogéneo y regular.
Población futura:
645 hb
Área futura:
8.08 Ha
Densidad futura
79.83 hb/Ha
Tabla 3-4 Cálculo de densidad
La población futura resulta del análisis poblacional que se detalla en 3.2
ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA en la página 38.
3.1.9
TIPO DE TUBERÍA
Para los sistemas de alcantarillado existen diferentes materiales para tuberías.
Cada una posee características propias, tales como rugosidad e irregularidades del
canal. Dichas características se evalúan en un factor que influye en el cálculo de las
velocidades en los conductos. Para el caso de la ecuación de Manning se
presentan dichos valores en la siguiente tabla:
TIPO DE CONDUCTO
η
Tubería de Hormigón Simple
0,013
Tubería plástica
0.010
Colectores y tuberías de hormigón armado
0.015
Tabla 3-5 Coeficiente de rugosidad η para la fórmula de Manning
Considerando que el aspecto económico es determinante en la construcción de
obras civiles, se requiere utilizar los materiales a los que se tenga mayor acceso y
que sean más económicos.
38
En el caso de la población en estudio, el material más usado y económico es el
hormigón simple. Por ello este es el material adoptado para las tuberías de la
conducción
3.1.10 PROFUNDIDADES
En términos generales, la red de alcantarillado se diseñará a profundidades que
permitan la evacuación de las aguas lluvias y/o servidas de los predios a cada lado
de las calles, desde los puntos de nivel más bajo referido a la rasante de la calzada
en el caso particular de Malimpia. En todas las microcuencas, las redes se
diseñarán manteniendo la pendiente natural del terreno y que tengan profundidades
mínimas de 1,20 m sobre la clave de la tubería y/o colector6 para garantizar la
evacuación de aguas servidas desde las viviendas aledañas y para evitar daños por
efecto del tráfico vehicular.
3.2 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN FUTURA
En vista de que la población es siempre un factor relevante al estimar usos futuros
del agua, es necesario pronosticar, de alguna manera, cuál sería la población en el
futuro.7
Para el cálculo de la población futura se han hecho las proyecciones de crecimiento
utilizando los métodos conocidos que permitan establecer comparaciones, además
que orienten el criterio para escoger la mejor de ellas que se ajuste a las
condiciones del sector en estudio.
6
Ecuador. Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Quito (EMMAP-Q). Parámetros
de diseño para sistemas de alcantarillado, Quito, 1999. p. 6
7
Ecuador. Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de
Obras Sanitarias (I.E.O.S.), Proyecto de código ecuatoriano para el diseño de la construcción de
obras sanitarias. Abastecimiento de agua potable y eliminación de aguas residuales en el área
urbana, Quito. , p.
39
A continuación se presentan los resultados de los censos de los años de 1990 y
2001 elaborados por el INEC8, y el valor de la población para el año presente
obtenido mediante el recuento poblacional, resultado de las encuestas realizadas
por los autores:
AÑO
No. POBLADORES (hb)
1990
177
2001
265
2006
297
Tabla 3-6 Población por años
3.2.1
MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA
Para el cálculo de la población futura ha de considerarse el período de diseño del
sistema. Debe notarse que éste transcurrirá desde la ejecución misma del proyecto,
por lo que la especificación de la fecha inicio de la construcción es importante para
determinar el año final del período de diseño.
Dado que la alcaldía de Quinindé está enterada de la situación y expuso su interés
en este proyecto, se prevé que el año de ejecución será el próximo (2007), el cual
se toma como el año inicial del período de diseño. Correspondientemente el año
final es 2032 al considerar un ∆t = 25 años.
Se debe considerar también que la proyección final debe hacerse desde el último
año de censo registrado o de recuento poblacional (en este caso del año 2006) ya
que este es el valor real, y de aquí ajustar la proyección calculada.
8
ANEXO 2.
40
3.2.1.1 Métodos matemáticos
- Crecimiento Lineal o aritmético
Se basa en el hecho de que la variación de la población con respecto al tiempo es
constante e independiente de que tan prolongado sea éste, esto es que se
consideran tasas de crecimiento poblacional constantes.
∂P
= Ka
∂t
Pf
tf
∫ ∂P = Ka ⋅ ∫ ∂t
Po
to
Pf − Po = Ka ⋅ (tf − to )
La población futura es luego estimada a partir de:
Pf = Po + Ka ⋅ (tf − to )
Ecuación 3-1 Población futura utilizando el método lineal
Donde:
Pf:
Población futura o proyectada
Po:
Población presente
to:
Tiempo de censo actual
tf:
Tiempo de censo próximo
Ka:
Taza de cambio de la población. Para este método es un valor constante. Se
obtiene de los datos de población de los censos.
La validez de este método se puede verificar examinando el crecimiento de la
comunidad para determinar si se han producido variaciones poblacionales similares
o iguales entre los censos recientes registrados.
41
Se tiene el inconveniente que, para plazos largos existe discrepancia con la realidad
histórica, ya que el crecimiento en éste método se hace ilimitado.
A continuación se realiza el análisis poblacional, utilizando éste método para la
comunidad de Malimpia:
Ka =
pf − po
tf − to
Ecuación 3-2 Tasa de cambio poblacional para el método lineal
Ka1 =
265 − 177
hb
= 8 .0
2001 − 1990
año
Ka 2 =
297 − 265
hb
= 6 .5
2006 − 2001
año
Ka promedio =
8 .0 + 6 .5
hb
= 7 .2
2
año
Pf = Po + Ka ⋅ (tf − to )
P2032 = P2006 + Ka promedio ⋅ (2032 − 2006 )
P2032 = 297 + 7.2 ⋅ (26 )
P2032 = 484 hb
- Método geométrico
La hipótesis de un porcentaje de crecimiento geométrico o uniforme supone que la
taza de incremento es proporcional a la población. Es decir que el crecimiento por
unidad de tiempo es proporcional a la población en cada lapso de tiempo.
∂P
= Ka ⋅ P
∂t
∂P
= Ka ⋅ ∂t
P
42
Pf
tf
1
∫Po P ∂P = Ka ⋅ to∫ ∂t
ln Pf − ln Po = Kg ⋅ (tf − to )
ln Pf = ln Po + Kg ⋅ (tf − to )
Crecimiento exponencial:
Pf = Po ⋅ e Kg ⋅(tf −to )
Crecimiento geométrico
Pf = Po ⋅ (1 + r )
∆t
Ecuación 3-3 Población futura utilizando el método geométrico
1


Tcp
−Tca
 Pa 


r= 

 Pca 



Ecuación 3-4 Tasa de crecimiento para el método geométrico
Donde:
r:
tasa de crecimiento o índice de crecimiento
Tca:
Tiempo de censo actual o inicial
Tcp:
Tiempo de censo futuro o subsiguiente
El método considera que el logaritmo de la población varía linealmente con el
tiempo.
Para la cabecera cantonal Malimpia y con los datos disponibles, se tiene:
1
 265  2001−1990
r1 = 
− 1 = 0.0374

 177 
43
1
 297  2006−2001
r2 = 
− 1 = 0.0233

 265 
rpromedio =
0.0374 + 0.0233
= 0.0303
2
Con la que la proyección sería:
Pf = Po ⋅ (1 + r )
∆t
P2032 = P2006 ⋅ (1 + rpromedio ) (2032−2006 )
P2032 = 297 ⋅ (1 + 0.0303) (26 )
P2032 = 645 hb
3.2.1.2 Métodos estadísticos
Este método presenta ecuaciones que mediante regresiones lineales o
exponenciales se puede establecer qué comportamiento presenta el crecimiento
poblacional.
TIPO DE REGRESIÓN
ECUACIÓN
Línea recta
y = a + bx
Exponencial
y = a ⋅ ebx
Logarítmica
y = a + b ⋅ ln(x)
Potencial
y = a ⋅ xb
Tabla 3-7 Tipos de regresiones para el método estadístico
Donde:
y:
Población al tiempo tx
x:
Tiempo en años
44
a y b: coeficientes de regresión obtenidos resolviendo el siguiente sistema de
ecuaciones simultaneas, teniendo en cuenta la relación de variables.
An + B ∑ Xi = ∑ Yi
∑ An
R2 =
Xi + B ∑ Xi
2
∑ Yi ⋅ Xi
=
[n∑ XY − (∑ X )⋅ (∑ Y )]
[n∑ X − (∑ X ) ]⋅ [n∑ Y − (∑ Y ) ]
2
2
2
2
2
Ecuación 3-5 Coeficiente R
REGRESIÓN
A
B
Xi
Yi
Línea recta
a
b
Xi
Yi
Exponencial
Ln a
b
Xi
Ln Yi
Logarítmica
a
b
Xi
Yi
Potencial
Ln a
b
Xi
Ln Yi
Tabla 3-8 Relación de variables para las regresiones estadísticas
- Regresión Línea recta
350
300
Población
250
200
y = 7.5821x - 14910
R2 = 0.9975
150
Población
Lineal (Población)
100
50
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Año
Figura 3-21 Regresión Línea recta
45
- Regresión Exponencial
350
300
Población
250
200
y = 5E-27e0.0331x
R2 = 0.9902
150
Población
Exponencial (Población)
100
50
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Año
Figura 3-22 Regresión Exponencial
- Regresión Logarítmica
350
300
Población
250
200
y = 15147Ln(x) - 114873
R2 = 0.9976
150
Población
Logarítmica (Población)
100
50
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Año
Figura 3-1: Regresión Logarítmica
46
- Regresión Potencial
350
300
Población
250
200
y = 2E-216x66.049
R2 = 0.9904
150
Población
Potencial (Población)
100
50
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Año
Figura 3-2: Regresión Potencial
MÉTODO
R2
Línea recta
0.9975
Exponencial
0.9902
Logarítmica
0.9976
Potencial
0.9904
2
Tabla 3-9: Resumen de R de los métodos estadísticos
Se puede observar que la regresión logarítmica es aquel proceso que se aproxima
de una mejor forma a la realidad, por el valor de R2 = 1.0. Se procede a calcular la
población futura con base en éste método:
La ecuación de proyección futura es:
y = b ⋅ Ln ( x) + a
y = 15147 ⋅ Ln ( x) − 114873
47
P2006 = 15147 ⋅ Ln (2006) − 114873
P2006 = 303 hb
Pero el valor real, proveniente del recuento poblacional es 297 hb. Es por eso que
es necesario hacer un ajuste. De donde resulta:
y = 15147 ⋅ Ln ( x ) − 114879
Ecuación 3-6 Población futura utilizando el método estadístico logarítmico
P2006 = 15147 ⋅ Ln (2006) − 114879
P2006 = 297 hb
P2032 = 15147 ⋅ Ln (2032) − 114879
P2032 = 492 hb
3.2.1.3 Otro
Usando recomendaciones del MIDUVI, para el cálculo de la población futura en
zonas rurales, se puede considerar un valor de índice de crecimiento que se tomará
de las normas de diseño para sistemas de abastecimiento de agua potable9:
REGIÓN GEOGRÁFICA
r (%)
Sierra
1.0
Costa, Oriente Y Galápagos
1.5
Tabla 3-10: tasas de crecimiento poblacional según el MIDUVI
9
Ecuador. Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (MIDUVI), Subsecretaria De Saneamiento
Ambiental (SSA), Agencia De Los Estados Unidos Para El Desarrollo Internacional (USAID), Normas
de diseño para sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y residuos
líquidos en el área rural, Quito, 1995. p. 22
48
r 

PP = Po ⋅ 1 +

100


n
Ecuación 3-7 Población futura utilizando el método sugerido por el MIDUVI
Donde:
PP:
Población proyectada
Po:
Población presente
r:
Incremento probable por año
n:
Número de años considerados
Para el caso analizado:
1 .5 

PP = 297 ⋅ 1 +

 100 
26
P2032 = 437 hb
3.2.2
ANÁLISIS POBLACIONAL
A continuación se presenta un resumen de las poblaciones futuras calculadas por
los distintos métodos:
49
MÉTODO
POBLACIÓN ESTIMADA (hb)
Aritmético
484
Geométrico
645
Estadístico
492
MIDUVI
437
Tabla 3-11: Resumen de poblaciones estimadas por diferentes métodos
Para la proyección de la población se debe considerar la existencia de una
población flotante, es decir aquella que en realidad no vive en la ciudad pero que en
ciertos días van a la ciudad y consumen agua. Además se debe prever el hecho de
que el sector se convertirá en zona turística y por tanto con mayor crecimiento
poblacional.
Por lo anteriormente expuesto se asume un valor de población futura igual al
calculado por el método geométrico, es decir la población estimada es de 645 hb.
3.3 CÁLCULO DE CAUDALES DE DISEÑO.
El caudal de diseño es igual a la suma del caudal máximo de aguas servidas más el
caudal de infiltración y más el caudal de aguas ilícitas
3.3.1
CAUDAL DE AGUAS SERVIDAS
El caudal sanitario estará conformado por las aguas de origen doméstico,
residencial e industrial.
50
El caudal medio de las aguas residuales se considera, como ya se expreso en
3.1.5, igual al 80% de la dotación de agua potable10
Q AS =
(0.8 ⋅ Do ) ⋅ Pf
86 400
Ecuación 3-8 Caudal de aguas servidas
Donde:
Q AS
: Caudal medio de aguas servidas (l/s)
Pf
: Población futura (hb)
Do
: Dotación (l / hb / día)
3.3.2
COEFICIENTE DE SIMULTANEIDAD O MAYORACIÓN (M)
El caudal medio de aguas servidas se utilizará siempre como parámetro para
obtener el caudal máximo instantáneo, para lo cual se lo afectará por el coeficiente
de simultaneidad o de mayoración "M" igual a:
M=
2,228
Q AS
0 , 073325
Ecuación 3-9 Coeficiente de mayoración
10
Ecuador. Ministerio de Salud Pública, Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias
e Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias(I.E.O.S.), Normas tentativas para el diseño de sistemas
de abastecimientos de agua potable y sistemas de alcantarillado urbanos y rurales, Quito. p. v-3.1
51
En donde:
M
: Coeficiente de simultaneidad o mayoración.
Condición
: M = 4, cuando Q < 4 l/s
Rango de límites
: 1,5 ≤ M ≤ 4
Q AS
: Caudal medio diario de aguas servidas en (l/s).
3.3.3
CAUDAL DE INFILTRACIÓN
Proveniente de aguas subterráneas, para aquellos terrenos en los que la red de
alcantarillado encuentra napas freáticas altas, se producirá la infiltración de aguas
subterráneas. Se estima que la magnitud de estos caudales es directamente
proporcional al área de la cuenca, Ai, en la cual la napa freática es lo
suficientemente alta como para causar infiltración en el sistema de alcantarillado,
multiplicando el área Ai en Ha, por un coeficiente “εi” expresado en l/s/Ha:
QINF = Σ(εi Ai)
Ecuación 3-10: Caudal de infiltración
En este caso se considera un valor de caudal de infiltración bajo, debido a que el
nivel freático se encuentra a 10.50 m. de profundidad desde la superficie, como se
presenta en el ANEXO 3.
11
El caudal de infiltración considerado corresponde al agua proveniente de la lluvia e
infiltrada por el estrato de tierra permeable.
La existencia de aguas subterráneas confinadas o artesianas no se presenta en
este caso, ya que como se nota en la estratigrafía, el lecho por encima del nivel
11
Ecuador. Departamento de Operación del Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias, Memoria
descriptiva del proyecto de agua potable para “Malimpia”, Provincia de Esmeraldas, Quito, 1972.
52
estático de bombeo corresponde a arenas y gravillas, siendo estas muy
permeables, por lo que no permiten el confinamiento del agua.
Para sistemas nuevos de alcantarillado o sistemas existentes en los que se hayan
utilizado juntas resistentes a la infiltración y áreas de servicio comprendidas entre
40.5 y 5000 Ha, el caudal de infiltración se calcula con la siguiente expresión:
Qinf
 m 3  −0.3
 1 día   1000 lts 


 ⋅ 
= 42.51 ⋅ 
⋅
A
⋅
Ha
⋅
[
]

3
 86400 seg   1 m 
 Ha ⋅ día 
Ecuación 3-11: Caudal de infiltración para áreas grandes
Para áreas inferiores a 40.5 Ha el caudal de infiltración es igual a:
Qinf
 m3 
 1 día   1000 lts 


 ⋅ 
= 14 ⋅ 
⋅
⋅
[
]
⋅
A
Ha

3
Ha
⋅
día
86400
seg
1
m

 



Ecuación 3-12 Caudal de infiltración para áreas pequeñas
En donde:
Q inf.
: Caudal de infiltración (l /seg.)
A
: Área acumulada en Ha
3.3.4
CAUDAL DE AGUAS ILÍCITAS
Debido a conexiones erróneas ocurridas cuando las canalizaciones pluviales del
domicilio conecten sus aguas a la caja de revisión domiciliaria de las aguas servidas
Qilicitas = 80
lts
⋅ PA
hb ⋅ dia
Ecuación 3-13 Caudal de aguas ilícitas
53
Donde:
Q ilícitas
: Caudal de aguas ilícitas (l/s)
PA
: Población aportante acumulada al tramo de diseño (hb)
3.4 HIDRÁULICA DE LOS COLECTORES
Las tuberías se diseñarán a tubo parcialmente lleno, con el 80% de capacidad
máxima de la sección del tramo. Se mantendrá siempre las condiciones de flujo a
gravedad en los colectores o tuberías.
3.4.1
FORMULAS PARA DISEÑO DE REDES DE ALCANTARILLADO.
La fórmula empírica de Manning es la más práctica para el diseño de canales
abiertos, actualmente se utiliza para conductos cerrados y tiene la siguiente
expresión:
V =
2
1
*R 3 *J
n
1
2
Ecuación 3-14 Ecuación de Manning para cálculo de la velocidad
Donde:
V
: Velocidad (m/s)
n
: Coeficiente de rugosidad (adimensional) ver Tabla 3-5
R
: Radio hidráulico (m)
J
: Pendiente (m/m) en fracción
54
El Radio hidráulico se define como:
R=
Am
Pm
Ecuación 3-15 Radio Hidráulico
Donde:
R
:
Radio hidráulico (m)
Am :
Área de la sección mojada (m2)
Pm :
Perímetro de la sección mojada (m)
3.4.1.1 Flujo en tuberías con sección llena
Para tuberías con sección llena el radio hidráulico se calcula como sigue:
R=
D
4
Ecuación 3-16 Radio Hidráulico para tuberías con sección llena
Donde:
D :
Diámetro (m)
Sustituyendo el valor de (R), en la fórmula de Manning para tuberías a sección llena
se tiene:
2
0 . 397
V =
*D 3 *J
n
1
2
55
Donde:
D : Diámetro (m)
En función del caudal, con:
Q=V * A
Ecuación 3-17 Ecuación de continuidad
Donde:
Q : Caudal (m3/s)
A
: Área de la sección circular (m2)
8
0 . 312
Q=
*D 3 *J
n
1
2
Ecuación 3-18 Caudal para tuberías con sección llena
3.4.1.2 Flujo en tuberías con sección parcialmente llena
Para tuberías con sección parcialmente llena:
56
d
Figura 3-23 Sección de una tubería parcialmente llena

2 *h 
θ º = 2 * ar cos* 1 −
D 

Ecuación 3-19 Ángulo central Өº (en grado sexagesimal)
Radio hidráulico:
R =
D
4

360 * sen θ º
1 −
2 * π *θº




Ecuación 3-20 Radio Hidráulico para tuberías con sección parcialmente llena
Sustituyendo el valor de (R), en la fórmula de Manning para tuberías con sección
parcialmente llena se logra:
V =
2
0 . 397
*D 3 *J
n
1
2
Ecuación 3-21 Ecuación de Manning para cálculo de la velocidad en tuberías con sección
parcialmente llena
57
En función del caudal:
Q=
8
0 . 312
*D 3 *J
n
1
2
Ecuación 3-22 Caudal para tuberías con sección parcialmente llena
3.4.2
PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE LOS CONDUCTOS CIRCULARES
Las relaciones hidráulicas fundamentales surgen a partir de que la conducción
puede trabajar parcialmente llena o totalmente llena, por lo que se tiene:
v =
1
1
⋅ rh 1 ⋅ j
n
2
3
2
v
N  rh
=
⋅
V
n  R H
3


j
⋅ 
J
1
2

 ⋅

1
q
N a  rh
=
⋅ ⋅
Q
n A  R H
6


3.4.2.1 Relación d/D
6
q 
d
= −9 . 0716 ⋅   + 33 . 705
D
Q 
q
− 12 . 247 ⋅ 
Q
2
q
⋅ 
Q
5

 − 48 . 018


q
 + 2 . 97669 ⋅ 

Q
q
⋅ 
Q

 + 0 . 0416

Ecuación 3-23 Relación d/D
4

 + 33 . 526

q
⋅ 
Q
3

 −

58
3.4.2.2 Relación v/V
v
= −31 . 842
V
q
⋅ 
Q
6

 + 109 . 45

q
− 32 . 826 ⋅ 
Q
q
⋅ 
Q
5

 − 146 . 61

q
⋅ 
Q
4

 + 96 . 619

q
⋅ 
Q
3

 −

2

q 
 + 6 . 0821 ⋅   + 0 . 1879

Q 
Ecuación 3-24 Relación v/V
Figura 3-24 Variación del flujo y l a velocidad con la profundidad en tuberías circulares
3.4.3
CRITERIOS DE VELOCIDAD EN LOS CONDUCTOS:
El caudal de aguas residuales deberá circular siempre a una velocidad suficiente
para evitar la sedimentación de materia sólida en la alcantarilla. Para ello, las
alcantarillas de aguas residuales se proyectan con pendientes que aseguren una
velocidad mínima de 0.60 m/s con sección llena o semillena. La velocidad será
menor a 0.60 m/s cuando el llenado sea menor que la mitad del diámetro.
La velocidad cerca del fondo de la alcantarilla es la más importante a efectos de la
capacidad transportadora del agua que fluye, se ha podido comprobar que una
59
velocidad media de 0.30 m/s es suficiente para evitar un depósito importante de
sólidos. Para impedir el depósito de materia mineral, tal como arena y grava, se
tendrá en cuenta que la velocidad media adecuada en las alcantarillas sanitarias es
de 0.75 m/s. estos valores son los mínimos.12
La velocidad mínima corresponde a la velocidad de arrastre, que tiene que ver con
el tamaño de las partículas a acarrear (velocidad de autolimpieza). Esta puede ser
calculada con la expresión:
1
1 16
Va = ⋅ R ⋅ [k ⋅ e ⋅ (So − 1)] 2
n
Ecuación 3-25 Velocidad de arrastre o de autolimpieza
Donde:
Va
:
Velocidad de arrastre (m/s)
n :
Coeficiente de rugosidad (adimensional) ver Tabla 3-5
R :
Radio hidráulico (m)
k :
Coeficiente determinado experimentalmente. Su valor se ha estimado
para arenas limpias igual a 0.04 y para arenas con adherencia igual a 0.8
e :
Espesor de la arena o grava media (m). Las salidas de aguas negras
pueden equivaler a partículas de grava media (0.40 cm. a 0.90 cm.)
So
:
Gravedad especifica ≈ 2.65
Dado que las calles de Malimpia son de tierra, se considera que la arena puede
entrar por los agujeros de las tapas de los pozos de revisión. Debido a esto las
velocidades de auto limpieza se calculan con diámetros de partículas igual a 4 mm.
12
España. Metcalf & Eddy, Inc., Tratamiento y depuración de las aguas residuales, Barcelona, 1977.
p. 114, 115
60
n de Manning
=
0.013
Diámetro de la tubería
Radio hidráulico
k
espesor de la arena
So
=
=
0.2
0.05
=
=
=
0.04
0.004 m
2.65
Velocidad de arrastre
=
0.75
m
m
m/s
La velocidad mínima correspondiente a la de auto limpieza para este diseño será
0.75 m/s
Detalle
Velocidad mínima (m/s)
V mín. tubo lleno
0.60
v min tubo parcialmente lleno
0.30
V mín. considerada
0.75
Tabla 3-12 Criterios de velocidad mínimas en los conductos
Los criterios de velocidad máxima corresponden a la acción erosiva de la materia
en suspensión en los conductos y de la naturaleza de dicha materia, es decir a la
abrasión y corresponde a 4 m/s.
Velocidad máxima
Material
a tubo lleno (m/s)
H.S. con uniones mortero cemento
n
2.0
0.013
H.S. con uniones mecánicas
3.5 – 4.0
0.013
Asbesto cemento
4.5 – 5.0
0.011
Plástico
4.5
0.011
PVC NOVALOC
8.0
0.009
Tabla 3-13 Criterios de velocidad máxima en los conductos
61
3.4.4
PENDIENTES MÍNIMAS
A veces es conveniente que las alcantarillas tengan pendientes suaves para no
hacer demasiada excavación, tener un recubrimiento mínimo o ajustarse a las
exigencias locales, tales como cuando se trata de rellenos llanos o sea pequeño el
desnivel total disponible.
Cuando las pendientes sean relativamente suaves, las pendientes y secciones de
las
alcantarillas
se
proyectarán
de
modo
que
la
velocidad
aumente
progresivamente, o, por lo menos, se mantenga constante al pasar desde las
entradas a la salida de la alcantarilla. Esto se hace así para que los sólidos vertidos
en ella y transportados por la corriente sean conducidos y no se depositen en algún
punto por una disminución de velocidad.
En general, las pendientes mínimas que se indican en la Tabla 3-14 son adecuadas
para conductos de pequeño tamaño en la red de saneamiento. 13
Diámetro (mm)
Pendiente (m/m)
200
0.004
250
0.003
300
0.0022
375
0.0015
450
0.0012
525
0.0010
600
0.0009
675 y mayores
0.0008
Tabla 3-14 Pendientes mínimas para las alcantarillas de aguas residuales
13
España. Metcalf & Eddy, Inc., Tratamiento y depuración de las aguas residuales, Barcelona, 1977.
p. 115, 116.
62
3.4.5
DIÁMETROS Y/O SECCIONES DE LAS ALCANTARILLAS
El diámetro mínimo en tuberías para los sistemas de alcantarillado sanitario es de
200 mm. y 250 mm. para sistemas de alcantarillado combinado de acuerdo con las
especificaciones técnicas de uso normal en el país.14
3.4.6
TRANSICIONES – ESCALONES
Para efectos de diseño teórico, se considera el régimen hidráulico como uniforme y
permanente; pero las condiciones reales en un tramo cualquiera no satisfacen
estrictamente esta condición ya que el caudal no es constante y es además variable
en velocidad y en altura de agua.
Si a esta circunstancia se adicionan los cambios de pendiente o de diámetro que
suelen producirse entre tramos contiguos, se puede advertir las posibles
consecuencias que sobre el régimen hidráulico se produzcan y que podrían
indudablemente repercutir en el sistema, creando problemas de retroceso de aguas
o sobre presiones en las tuberías.
Para evitar tal circunstancia se proyectan las transiciones verticales entre dos
colectores contiguos, por lo cual la diferencia de rasantes entre el colector de
llegada y el colector de salida permite que la lámina de agua trate de mantener la
permanencia del régimen.
Para la determinación de la transición se considera a los colectores como si
estuvieran unidos en el centro de la boca de visita.
14
Ecuador. Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de
Obras Sanitarias (I.E.O.S.), Proyecto de código ecuatoriano para el diseño de la construcción de
obras sanitarias. Abastecimiento de agua potable y eliminación de aguas residuales en el área
urbana, Quito. p. 275
63
v 2 v 2
hr = (h 2 − h 1 ) +  2 − 1
 2g
2g


+k


v 2 v 2
⋅ 2 − 1
 2g
2g





Ecuación 3-26 Transiciones verticales entre dos colectores contiguos
K = 0.1
para régimen acelerado
v2 > v1
K = 0.2
para régimen retardado
v2 < v1
V1 , h 1
r
h
V2 , h 2
Figura 3-25 Transiciones verticales entre dos colectores contiguos
Los valores así determinados para hr, representan la diferencia de elevación en el
centro de la boca de visita entre el colector que llega a ella y el colector que arranca
de ahí cuando el alineamiento entre ellos es recto.
De producirse un cambio de dirección habrá que considerar las pérdidas de carga
adicionales
provocadas
por
la
curvatura,
aproximadamente por la siguiente expresión:
la
cual
puede
determinarse
15
vm 2
hc = kc ⋅
2g
Ecuación 3-27 Pérdidas de carga adicionales provocadas por la curvatura
15
Luis Jaramillo, “Apuntes de alcantarillado”, Quito, Ecuador, 2004
64
Donde:
hc:
pérdidas por curvatura
kc:
coeficiente que depende del ángulo de curvatura
vm:
mayor de las velocidades en transición
Cuando existe cambio de dirección:
v 2 v 2
hr = (h 2 − h 1 ) +  2 − 1
 2g
2g

2

 2
 + k ⋅ v 2 − v 1

 2g
2g


2

 + kc ⋅ vm

2g

Ecuación 3-28 Transiciones verticales totales entre dos colectores contiguos (considerando
curvaturas)
Se interpreta como un descenso (hr positiva) o ascenso (hr negativa)
respectivamente. Pero el último no se puede dar en la práctica por la
sedimentación, entonces se tomaría como cero el hr.
Ø1
J1
q1
r
h
1
g
2
/
V
2
L.E
2
2
g
2
/
V
1
Z
Ø
2
J2
q2
2
Z
Z*
Figura 3-26 Línea de energía de transiciones verticales entre dos colectores contiguos
65
3.5
CÁLCULO DE RED DE ALCANTARILLADO
A continuación se presentan los cuadros de cálculo, considerando los criterios ya
aplicados y con las condiciones de distribución al plano 1/11 del ANEXO 6.
66
67
3.6 EJEMPLO DE CÁLCULO
TRAMO PZ16 - PZ11
Densidad
=
Pf
645 hb
=
A f 8 . 08 Ha
= 79 . 83 hb / Ha
Dotación AP
= 185 lt / hb / día
Cota terreno PZ16
= 104.56 m.s.n.m
Cota terreno PZ11
= 104.40 m.s.n.m
Longitud
= 72.99 m
Área parcial
= A (PZ16 – PZ11) = 1199.36 m2
= 0.12 Ha
= A (PZ21 – PZ16) +
Área acumulada
A (PZ26 – PZ16) +
A (PZ15 – PZ16) +
A (PZ16 – PZ11)
= 0.39 + 0.37 + 0.12 + 0.12
= 0.99 Ha.
Población acumulada
= área acumulada * densidad
= 0.99 * 79.83
= 79 hb.
Caudal de Aguas servidas
= 0.8 * dot * población acum / 86400
= 0.14 lt/seg.
Factor M:
Q AS < 4 lt / seg .:
M =4
Q AS ≥ 4 lt / seg .:
M=
2.228
0.073325
Q AS
Donde :
QAS : Caudal aguas servidas (m 3 / seg .)
QAS = 0.14lt / seg. < 4 lt / seg
→ M =4
Caudal Sanitario
= QAS * M = 0.14 lt/seg. * 4
= 0.54 lt/seg.
68
Caudal de Infiltración
= 14 * Área acumulada / 86400
q inf.
= 14 * (0.99 Ha * 1000) / 86400
= 0.16 lt/seg.
Caudal de aguas ilícitas
= 80 * población acumulada / 86400
q ilícitas
= 80 * 79 / 86400
= 0.07 lt/seg.
Caudal de diseño
= caudal sanitario + q inf. + q ilícitas
q
= 0.54 + 0.16 + 0.07
= 0.78 lt/seg.
Diámetro = D
= 200 mm = 0.2 m.
Pendiente = J
= 20 ‰
Coeficiente
de
rugosidad
Manning n
Velocidad = V
de
= 0.013 para HS
=(D/4)2/3 * (J*0.001)1/2 * (1/n)
=(0.2/4)2/3 * (20*0.001)1/2 * (1/0.013)
= 1.46 m/s ≥ V min = 0.75 m/s ok.
Caudal a tubería llena = Q
= V * π * D2/4
= 1.46 * π * (0.2)2/4
= 0.046 m3/seg. = 46 lt/seg.
Relación q/Q
= 0.78 / 46
= 0.02
Relación d/D
= 0.09.
Relación v/V
= 0.53.
v
= (Relación v/V) * V
= 0.77 ≥ vmin = 0.3 m/s ok
d
= (Relación d/D) * D
= 0.09 *0.2
= 0.02
Cálculo de hr
SI v (PZ16-PZ11) >
[MAX (v (PZ15-PZ16),
v (PZ21-PZ16), v (PZ26-PZ16)]
= [d (PZ16-PZ11) - d (v MAX)]
+ 1.1 * (v (PZ16-PZ11))2/(2 * g)
69
SI v (PZ16-PZ11) <
[MAX(v (PZ15-PZ16),
v (PZ21-PZ16), v (PZ26-PZ16)]
0.77 > 0.43 m/s
hr
= [d (PZ16-PZ11) - d (v MAX)]
+ 1.2 * (v (PZ16-PZ11))2/(2 * g)
= (0.02 – 0.01)
+ 1.1 * (0.77)2/(2 * 9.81)
= 0.03 m = 3 cm
Para cambio de dirección
vm
= [MAX(v (PZ26-PZ16),
v (PZ15-PZ16)]
vm
= 0.43 m/s.
hr dirección
= Kc * vm2 / (2 * g)
= 0.25 * 0.432 / (2 * 9.8)
= 0.0023 m = 0.23 cm.
hr total
= hr dirección + hr
= 3 cm + 0.23 cm
= 3.23 cm.
3.7 POZOS DE REVISIÓN
Los pozos de revisión se colocarán al inicio de tramos de cabecera y en todo
cambio de pendiente, dirección y sección.
La profundidad de la tubería será lo suficiente para recoger las aguas servidas de
las casas más bajas a uno u otro lado de la calzada, cuando la tubería deba
soportar tránsito vehicular, por seguridad se considerara un relleno mínimo de 1.20
m de alto sobre la clave del tubo.
70
Figura 3-27 Corte de la zanja de instalación del pozo
Se debe tener mucho cuidado cuando en un pozo de revisión llegan tuberías y a su
vez sale una de inicio desde él, la cota del invert, de la tubería de inicio debe estar
como mínimo a la altura de la cota de la clave de la tubería de menor profundidad
para garantizar que el tramo sea de inicio.
71
TUBERIA DE INICIO
r
h
Figura 3-28 Consideraciones para tramo de inicio en pozo de paso
La máxima distancia entre pozos será de 80 m. Se consideran pozos intermedios
entre los puntos de intersección de los ejes de las vías y en los tramos de fuerte
pendiente y/o tubería en marginales, que en este caso no existen. La topografía
definirá los puntos de intersección, los cuales coincidirán con los pozos implantados
en el diseño.
Los pozos de salto interior para desniveles h ≤ 0.70 m se aceptarán para tuberías
con diámetros menores o iguales a 300 mm. Para caídas superiores a 0.70 m, se
proyectará caídas externas con o sin colchón de agua, mediante estructuras
especiales. De ser necesario se optimizará el diseño utilizando colectores con
disipadores de energías, como tanques, gradas u otros. En ningún caso la
estructura del pozo servirá como disipador de energía. 16
16
Ecuador. Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Quito (EMMAP-Q). Parámetros
de diseño para sistemas de alcantarillado, Quito, 1999. p. 6
72
Figura 3-29 Vista en planta de un pozo de revisión con tres entradas y una salida
73
Figura 3-30 Vista en planta de un pozo de revisión con dos entradas y una salida
74
Figura 3-31 Vista en planta de un pozo de revisión con una entrada y una salida
75
Figura 3-32 Pozo de revisión tipo
76
Al entregar caudales a otro conducto y a cauces naturales la entrega del flujo se
realizará en condiciones libres, es decir que el calado normal del cuerpo receptor no
sea mayor que el calado normal del flujo de entrega. Para lograrlo se puede hacer
mediante saltos que permitan mantener una diferencia positiva de calados y la
integración correcta de los mismos en el flujo de salida. Se controlará en especial
los tramos de ingreso con fuertes pendientes y aquellos con pendientes muy bajas.
Se limitará la diferencia de carga de velocidades entre los flujos de ingreso y de
salida de un pozo para evitar el choque contra las paredes del mismo, así como los
posibles levantamientos de las tapas de los pozos de revisión.
3.8 CONEXIONES DOMICILIARIAS
Según el ex – IEOS las conexiones domiciliarias en alcantarillado tendrán un
diámetro mínimo de 0.10 m para sistemas sanitarios y una pendiente mínima del
1%.17
Para la EMAAP – Q las conexiones domiciliarias se empataran directamente desde
un cajón de profundidad máxima de 1.50 m, a la red matriz o a canales auxiliares
mediante tuberías de diámetro igual a 0.15 m.18
Tomando en cuenta que la población es pequeña, se recomendaría utilizar
diámetros menores. Pero las costumbres son diferentes a las de una población
urbana, y tomando en cuenta que el tipo y tamaño de desperdicio arrojados por la
cañería pueden obstaculizar el flujo, se decide adoptar el valor que promulga la
EMAAP – Q para tener un buen margen de seguridad contra taponamientos.
17
Ecuador. Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de
Obras Sanitarias (I.E.O.S.), Proyecto de código ecuatoriano para el diseño de la construcción de
obras sanitarias. Abastecimiento de agua potable y eliminación de aguas residuales en el área
urbana, Quito. p. 274
18
Ecuador. Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Quito (EMMAP-Q). Parámetros
de diseño para sistemas de alcantarillado, Quito, 1999. p. 6
77
☺ Figura 3-33 Conexiones domiciliarias (unidad, centimetros)
3.9 DESCARGA
El diseño hidráulico – estructural de las descargas, sea de los separadores o
aliviaderos, deberán considerar el desarrollo del emisario hasta el fondo de la
quebrada o hasta el río, dejando un salto sobre el mismo de manera que la
descarga no se ahogue. Para el efecto, debe estimarse la altura de máxima de
crecida de los ríos o quebradas receptoras.
Por seguridad la cota de descarga se toma 40 cm. sobre la cota de crecida del río
Blanco para asegurar que la salida no se ahogue. La cota de descarga es 92.80 +
0.40 = 93.2 msnm.
La población de Malimpia se encuentra en una zona plana, en donde existe una
diferencia de nivel entre la calle más cercana al río y la cota máxima crecida a este
de: 100.71 m - 92.80 m = 7.91 m, tal como se puede apreciar en la Fotografía 3-18
78
Fotografía 3-18 Sitio elegido para la descarga en el Río Blanco
Fotografía 3-19 Unión del río Malimpia (derecha) con el río Blanco (izquierda)
79
CAPITULO 4. DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES
4.1 COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES
La composición de las aguas residuales se analiza con diversas mediciones físicas,
químicas y biológicas. Las mediciones más comunes incluyen la determinación del
contenido en sólidos, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), la demanda
química de oxígeno (DQO) y el pH.
Los residuos sólidos comprenden los sólidos disueltos y en suspensión. Los sólidos
disueltos son productos capaces de atravesar un papel de filtro, y los suspendidos
los que no pueden hacerlo. Los sólidos en suspensión se dividen a su vez en
depositables y no depositables, dependiendo de la cantidad en miligramos, de
sólidos que se depositan a partir de 1 litro de agua residual, en una hora. Todos
estos sólidos pueden dividirse en volátiles y fijos, siendo los volátiles, por lo general,
productos orgánicos y los fijos materia inorgánica o mineral.
La concentración de materia orgánica se mide con los análisis DBO5 y DQO. La
DBO5 es la cantidad de oxígeno empleado por los microorganismos a lo largo de un
período de cinco días para descomponer la materia orgánica de las aguas
residuales a una temperatura de 20 °C. De modo simi lar, la DQO es la cantidad de
oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica por medio de dicromato de
potasio en una solución ácida y convertirla en dióxido de carbono y agua. El valor
de la DQO es siempre superior al de la DBO5 porque muchas sustancias orgánicas
pueden oxidarse químicamente, pero no biológicamente. La DBO5 suele emplearse
para comprobar la carga orgánica de las aguas residuales municipales e
industriales biodegradables, sin tratar y tratadas. La DQO se usa para comprobar la
carga orgánica de aguas residuales que, o no son biodegradables o contienen
80
compuestos que inhiben la actividad de los microorganismos. El pH mide la acidez
de las aguas residuales.19
4.2 LA AUTODEPURACION
4.2.1
INTRODUCCION
La autodepuración es un proceso natural de depuración de las aguas que reciben
cargas hídricas altamente poluídas o cargas polventes. Es la resultante de una
secuencia de fenómenos físicos, químicos, y biológicos que se producen en la
corriente hídrica en forma natural y espontánea.
La generación del consumo de oxígeno disuelto en el agua, como consecuencia de
una estabilización aerobia de los contaminantes orgánicos, representa una de los
principales factores que conlleva a la eliminación de impurezas lanzadas al agua.
Al considerar una corriente hídrica como un reactor que debe recibir cargas
contaminantes es importante analizar o evaluar la capacidad de autodepuración de
dicha corriente, dentro de un marco de control de la calidad de los recursos hídricos
ya que éstos pueden ser utilizados también para otros fines dentro de la actividad
del hombre y su entorno.
4.2.2
EL FENOMENO DE LA AUTODEPURACIÓN
El lanzamiento de desechos orgánicos biodegradables tales como aguas servidas
domésticas, aguas residuales industriales, basuras, etc., estimulan el crecimiento
de bacterias, consecuentemente aumenta el consumo de oxígeno disuelto, la
reposición de ese oxígeno consumido se realiza a través de la absorción de
oxígeno de la atmósfera y por la generación de los organismos fotosintéticos.
19
“Microsoft”, Encarta, 2004.
81
En cuerpos hídricos con apreciable turbulencia, la reposición del oxígeno se realiza
relevantemente a través del fenómeno de absorción de la atmósfera.
En cuerpos hídricos de poca o ninguna turbulencia, la reposición del oxígeno se
realiza preponderantemente por medio de los organismos fotosintéticos, claro está,
que será necesario además la presencia de sales minerales (nutrientes), de
anhídrido carbónico y penetración de la luz solar.
Un aumento en la concentración de la materia orgánica biodegradable, promueve
un aumento en la tasa de consumo de oxígeno ya que se produce un aumento de la
población bacteriana, lo que puede acarrear a que en el cuerpo hídrico la tasa de
consumo sea mayor que la tasa de reposición de oxígeno, ocasionando de esta
manera la muerte de organismos aerobios e inutilizando el río para muchos usos
posteriores.
Para cada cuerpo receptor hay un límite de lanzamiento de materia orgánica
biodegradable, por consiguiente es muy importante evaluar la capacidad de
autodepuración de un cuerpo hídrico es decir, de evaluar la carga máxima que
puede recibir el río de tal manera de conservar ciertas características de calidad que
permita su uso para otros fines.
Una vez evaluada la capacidad de autodepuración de un río se determinará el
grado de tratamiento de los desechos a ser emitidos hacia él.
82
Fotografía 4-1 Turbulencia en el río Blanco
4.2.3
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA AUTODEPURACION
Las aguas receptoras que han sido contaminadas logran mejorar su calidad
mediante un proceso de autopurificación natural bastante complejo y en el que
intervienen una serie de factores físicos, químicos y biológicos.20
Entre los factores que intervienen en el proceso de autodepuración cabe destacar
los siguientes:
4.2.3.1 Características propias del curso del cuerpo receptor
Tiene una incidencia fundamental la pendiente y rugosidad del lecho, velocidad del
escurrimiento, calidad del agua receptora (oxígeno disuelto, demanda bioquímica
de oxígeno), aeración natural del curso y características y volumen de las aguas
negras vaciadas al curso receptor.
20
México. Unda Opazo, Francisco. Ingeniería Sanitaria Aplicada a Saneamiento y Salud Pública,
México, 1969. p. 378
83
4.2.3.2 Tiempo
Cuanto mayor sea el tiempo de escurrimiento de la mezcla del agua receptora con
las aguas negras, mayor oportunidad habrá para que intervengan los diferentes
factores que concurren en el proceso de autopurificación.
4.2.3.3 Nutrición
Uno de los factores fundamentales para la supervivencia y multiplicación de los
gérmenes es la cantidad de alimentos o materia orgánica que estos dispongan,
contribuyendo a su proliferación o a su muerte.
4.2.3.4 Temperatura
Una mayor temperatura favorece los procesos biológicos (siempre que no sea alta
como para destruirlos) y por consiguiente el efecto varía con la cantidad de materia
orgánica presente. Un aumento en la temperatura en el agua con bastante materia
orgánica favorece el desarrollo de microorganismos; en cambio, si el contenido
alimenticio es escaso se agota rápidamente y tienden a desaparecer.
4.2.3.5 Luz
Los rayos ultravioleta tienen poder germicida. Sin embargo influyen otros factores,
tales como:
- la opacidad del agua, que sólo permite su acción a corta profundidad; incluso en
aguas claras es limitado, y
- el movimiento del agua, lo que impide que los microorganismos estén un período
suficientemente prolongado bajo la acción de los rayos solares como para
matarlos.
84
Además de los ya mencionados existen otros factores que también influyen en el
proceso de autodepuración, entre ellos: dilución y turbulencia, factores químicos
tales como la presencia de nitritos, de sulfitos, de hierro, y factores biológicos como:
oxidación biológica en ambiente aerobio, parasitismo, depredación, secreción de
sustancias tóxica (floración en las algas), entre otras.
4.2.4
PARÁMETROS DE REFERENCIA PARA LA EVALUACIÓN DE LA
AUTODEPURACIÓN
Dependiendo de cada caso pueden tomarse varios parámetros de referencia según
cuál sea el problema de la contaminación, por ejemplo: Oxígeno disuelto escaso,
presencia de organismos patógenos, existencia de metales pesados o sustancias
tóxicas, etc.
En este caso, se analizará el fenómeno de la autodepuración tomando como
parámetro de referencia la concentración de Oxígeno disuelto ya que constituye uno
de los principales parámetros para definir la calidad de un cuerpo hídrico.
Para el análisis se utilizará el modelo de Streeter y Phelps21, por considerarlo
bastante simple y de fácil manejo y que arroja resultados satisfactorios, sin
embargo, es de anotar que actualmente se tienen modelos mucho más complejos
pero así mismo se requiere para su manejo técnicas más sofisticadas.
A pesar de las limitaciones de las expresiones matemáticas al traducir fenómenos
biológicos, siguen siendo válidas para, principalmente, pronosticar lo que pueda
ocurrir por el lanzamiento de una nueva carga o por el crecimiento de la ciudad.
21
España. Metcalf & Eddy, Inc., Tratamiento y depuración de las aguas residuales, Barcelona, 1977.
p. 723
85
4.2.5
COEFICIENTES Y TASAS NECESARIAS PARA LA EVALUACIÓN DEL
BALANCE DE OXIGENO DISUELTO
4.2.5.1 Coeficiente de desoxigenación (k1)
Es una constante que expresa la tasa de oxidación bioquímica de la materia
orgánica, bajo condiciones aeróbicas y es función de la temperatura ambiente. Su
determinación se efectúa incubando botellas de DBO durante varios períodos y
determinando la velocidad de degradación por ajuste a una curva de
orden.
22
primer
Este parámetro se usa para la transformación de valores de la DBO5 a
DBO última.
L2 = L1 ⋅ 10 − k1 ⋅t
Ecuación 4-29 Coeficiente de desoxigenación K1
Donde:
k1 : Coeficiente de desoxigenación
L1 : DBO5 en la sección 1
L2 : DBO5 en la sección 2
t
22
: tiempo de la sección 1 a la sección 2, en días
Ecuador. Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de
Obras Sanitarias (I.E.O.S.), Proyecto de código ecuatoriano para el diseño de la construcción de
obras sanitarias. Abastecimiento de agua potable y eliminación de aguas residuales en el área
urbana, Quito. p. 290
86
4.2.5.2 Coeficiente de re - aeración (k2)
Una constante que expresa la tasa de transferencia de oxígeno del aire a la
superficie de un cuerpo receptor.23
2.3 ⋅ V 0.67
k 2 (20o C )=
H 1.85
Ecuación 4-30 Coeficiente de re - aeración K2 según Owens, Edwards, Gibbs
Donde:
V
: Velocidad media del curso del agua (m/s)
H
: Profundidad media del curso del agua (m)
La ecuación es válida para:
0.30 < V < 1.5 (m/s)
0.12 < H < 3.3 (m)
4.2.6
BALANCE DE OXIGENO SEGUN STREETER Y PHELPS
El balance de oxígeno disuelto (OD) en un curso de agua cuando recibe una carga
poluída, sucintamente puede ser representado como sigue:
23
Ecuador. Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de
Obras Sanitarias (I.E.O.S.), Proyecto de código ecuatoriano para el diseño de la construcción de
obras sanitarias. Abastecimiento de agua potable y eliminación de aguas residuales en el área
urbana, Quito. p. 290
87
Figura 4-34 Diagrama simplificado de la curva de depresión de oxígeno
Do = “Déficit” inicial de oxígeno disuelto, diferencia entre la concentración de
saturación y la concentración de la mezcla
02 = Oxígeno.
Se considera a Lo, como la DBO inicial después de la mezcla
4.2.7
DATOS DE IMPORTANCIA EN LOS CÁLCULOS DE AUTODEPURACION
4.2.7.1 Datos del curso de agua
En el estudio del Río Blanco se tiene:
-
Caudal: son de particular interés los caudales mínimos del curso de agua en
las secciones próximas al lanzamiento de los desechos. Este caudal mínimo
puede ser establecido como el caudal mínimo medio mensual con período
de recurrencia de 10 años o el caudal mínimo medio observado durante 7
días consecutivos con determinado tiempo de recurrencia. Desde el punto de
vista económico no se recomienda valores de caudales “mínimos
88
minimorum”. Para el caso del Río Blanco el valor del caudal medio mínimo
para 7 días consecutivos es 585.33 l/s Para su determinación ver 0
-
Velocidad y profundidad: Los valores deben determinarse para época de
estiaje. Para éste caso, fue necesario realizar varias campañas de campo.
-
Calidad del agua del río: En los cursos de agua que no reciben desechos, el
valor de la DBO está en torno de 1 mg/l y el OD es prácticamente el de
saturación. Los resultados de la calidad del agua, así como los parámetros
mencionados se indican el en ANEXO 4.
-
Temperatura: Se toma la temperatura de los cursos de agua en época de
estiaje. En este caso el valor adoptado es de 23 ºC
4.2.7.2 Datos de las aguas servidas
-
Caudal: Se debe establecer el caudal de los desechos a ser lanzados al río
en la época de mayor producción. En este caso el caudal de aguas servidas
final que corresponde al caudal de diseño es 5.94 l/s.
-
Calidad de las aguas servidas: La DBO que se genere debe ser referida a la
DBO última que es aproximadamente 1.46 DBO5. El oxígeno disuelto en las
aguas servidas es cero.24
Cuando se lanza al río efluentes de estaciones de tratamiento aerobio la
concentración de OD es generalmente en torno de 2 mg/l.24
Cuando se lanza efluente de lagunas de estabilización la concentración de OD
durante el día puede alcanzar inclusive valores de sobresaturación. 24
24
Muñoz, “Apuntes de Depuración”, Quito, Ecuador, 2005
89
En caso de que el cuerpo receptor no tenga la capacidad de autodepurarse, habrá
la necesidad de construir una planta de tratamiento antes de la descarga. 24
4.2.8
AUTODEPURACIÓN EN EL RÍO BLANCO
a) Datos y características de las aguas servidas
Caudal:
Población = 645 hb
Dotación = 185 l/hb/d
QAS = 5.94 l/s = 513 m3/d
Carga orgánica:
% DBO5 = 50 g/hb/d aporte per cápita para aguas residuales domésticas
DBO5 = 270.27 mg/l
DBOU = 1.46 x 270.27 = 395 mg/l
Oxígeno Disuelto
OD = 0.00 mg/l
b) Datos y características del río
Caudal mínimo medio mensual observado durante 7 días consecutivos:
QR = 585.33 l/s
Ver 0
Velocidad media en época de estiaje:
V = 0.85 m/s
Profundidad media en época de estiaje:
H = 2.00 m
DBO5 = 1.00 mg/l
DBOU = 1.46 x 1 = 1.46 mg/l
90
OD saturación = 8.60 mg/l
Temperatura de estudio:
T = 23 ºC
Coeficiente de desoxigenación k1:
De los análisis físico - químicos de las aguas del Río Blanco, ANEXO 4. , se tiene
DBO5 en la sección 1 (Sitio de la descarga):
L1 = 1.0 mg/l, y
DBO5 en la sección 2 (Aguas abajo de la descarga): L2 = 1.4 mg/l,
Se toma el valor de L1 y L2 igual a 1.0 mg/l, ya que son muy parecidos y además
una diferencia de 0.4 mg/l en DBO5, es insignificante.
L1 = 1.00 mg/l
Sitio de descarga
L2 = 1.00 mg/l
Aguas abajo de la descarga.
Longitud del tramo = 1 Km.
V media = 0.85 m/s
t=
Long
Vmedia
t=
1 km
1 día
m
⋅
⋅ 1000
0.85 m / s 86400 s
km
t = 0.014 días
L2 = L1 ⋅ 10 − k1 ⋅t
1 L 
k1 = log 1 
t
 L2 
1
1
k1 =
log 
0.014
1
91
k1 = 0.00 días-1 Base 10
k1(T ) = k1(20o ) ⋅ (1.045) (T −20 )
k1(23o ) = k1(20o ) ⋅ (1.045) (23−20 )
k1 = 0.00 días -1 a 23 ºC
Coeficiente de re aeración k2
V media = 0.85 m/s
H media = 2.00 m/s
2.3 ⋅ V 0.67
H 1.85
2.3 ⋅ 0.85 0.67
k 2 (20o C ) =
2.001.85
k 2 (20o C ) =
k2 = 0.57 días-1 Ecuación de Owens, Edwards, Gibas
k 2 (T ) = k 2 (20o ) ⋅ (1.024 ) (T −20 )
k 2 (23o ) = k 2 (20o ) ⋅ (1.024 ) (23− 20 )
k2 = 0.62 días-1 a 23 ºC
Nota: el curso de agua no recibe ningún afluente apreciable aguas abajo del
lanzamiento.
c) Curva de depresión de oxígeno disuelto aguas abajo del lanzamiento
Haciendo un balance de masas en el punto de lanzamiento:
92
Lo =
Q AS ⋅ DBO AS + QR ⋅ DBOR
Q AS + QR
Lo =
5.94 l / s ⋅ 394.6 mg / l + 585.33 l / s ⋅ 1.46 mg / l
5.94 l / s + 585.33 l / s
Lo = 5.4 mg/l
Haciendo un balance de masas del OD en el punto de lanzamiento:
Lo =
Q AS ⋅ OD AS + QR ⋅ ODR
Q AS + QR
Lo =
5.94 l / s ⋅ 0.00 mg / l + 585.33 l / s ⋅ 8.60 mg / l
5.94 l / s + 585.33 l / s
OD mezcla = 8.5 mg/l
Do = ODsaturación − ODmezcla
Do = 8.6 − 8.5
Do = 0.1 mg/l
t
Distancia
Déficit (D)
OD
días
m
mg/l
mg/l
0.0
0
0.0864
8.514
0.5
36797
0.0425
8.557
0.8
58876
0.0278
8.572
1.0
73594
0.0210
8.579
1.3
95673
0.0137
8.586
2.0
147189
0.0051
8.595
3.0
220783
0.0012
8.599
Tabla 4-15 Déficit de oxígeno para la descarga al río Blanco
93
Curva de depresión del OD
10.00
9.00
8.00
7.00
OD
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
t (días)
Curva de depresión del OD
8.70
8.65
OD
8.60
8.55
8.50
8.45
8.40
0
1
2
3
4
t (días)
Figura 4-35 Curva de depresión de OD
Como se nota el coeficiente k1 es cero, lo que indica que no existe desoxigenación
o que es muy pequeña, mientras que si existe reaereación, expresado en la
existencia del coeficiente k2. Esto indica la gran capacidad autodepuradora del río
Blanco, tanto por la turbulencia, temperatura, exposición de la luz solar y los demás
94
factores analizados en el punto 4.2.3, sobre los factores que intervienen en la
autodepuración de cuerpos hídricos. Debe considerarse además que el caudal
descargado es relativamente pequeño en comparación con el caudal del río. Sin
embargo debido a que puede existir cierta afectación en el sitio de la descarga se
considera necesario la instalación de una planta de tratamiento para afectar lo
menos posible al cuerpo receptor.
4.3 PLANTA DE TRATAMIENTO
4.3.1
OBJETO DEL TRATAMIENTO
El objetivo del tratamiento es la remoción de características indeseables de las
aguas residuales a un nivel igual o menor que el determinado en el grado de
tratamiento, para cumplir con los requisitos de calidad del cuerpo receptor.
4.3.2
GRADO DE TRATAMIENTO
Es requisito fundamental antes de proceder al diseño preliminar o definitivo de una
planta de tratamiento de aguas residuales domésticas o industriales, el haber
realizado el estudio del cuerpo receptor y determinado el grado de tratamiento.
Es una recomendación generalizada que bajo ningún concepto se aceptará un
diseño de sistema de alcantarillado sanitario o combinado con descarga cruda a un
cuerpo receptor.
El estimativo del grado de tratamiento se realiza de la siguiente forma, teniéndose
en cuenta los parámetros detallados:
- Cálculo del tiempo crítico
tc =
k  Do ⋅ (k 2 − k1 ) 
1
log 2 1 −

k 2 − k1
k1 
Lo ⋅ k1

95
- Cálculo de la carga máxima de DBO admisible: debido a que la carga necesaria
para lo sobrevivencia de peces en un cuerpo hídrico es de 5 mg/l, se toma éste
como límite
Dc = OD saturación – 5
Dc = 8.6 – 5 = 3.6 mg/l
L’o es la carga inicial de DBO después de la mezcla del efluente de la estación de
tratamiento con el río, para mantener un déficit crítico admisible y mantener el nivel
mínimo de OD de 5.0 mg/l
L' o =
k2
⋅ Dc ⋅ 10 (− k1⋅tc )
k1
Desde el punto de vista práctico el L'o calculado de esta manera, puede
considerarse adecuado, sin embargo, debe aclararse que el tc utilizado en su
determinación con Lo que a su vez fue calculado con el lanzamiento de las aguas
servidas sin tratamiento, por ello debe recalcularse cambiando el valor de Lo por el
de L’o, de la siguiente forma:
t' c =
k  Do ⋅ (k 2 − k1 ) 
1
log 2 1 −

k 2 − k1
k1 
L' o ⋅ k1 
Luego:
L' ' o =
k2
⋅ Dc ⋅ 10 (− k1 ⋅t 'c )
k1
96
- Cálculo de la DBO del efluente de la estación de tratamiento (Balance de Masas)
DBO AS TRATADAS =
(Q AS + QR ) ⋅ L' ' o − QR ⋅ DBOR
Q AS
- Cálculo del grado de tratamiento, en porcentaje
=
DBO AS − DBO AS TRATADAS
DBO AS
⋅ 100
Para el caso en estudio, como se explicó en el apartado correspondiente, la
autodepuración del río es grande y la determinación de los parámetros resulta
incierta debido al valor k1 = 0. Sin embargo se requiere una planta de tratamiento
para no afectar el sitio de la descarga, necesaria para afectar de la menor forma al
cuerpo receptor. Por eso se ha considerado necesario el tratamiento primario y
secundario de las aguas descargadas provenientes del sistema de alcantarillado
sanitario.
4.3.3
DIAGNÓSTICO DE LA CALIDAD DEL CUERPO RECEPTOR
El primer paso en la realización de estudios del cuerpo receptor es el diagnóstico de
la calidad de éste. Para el caso del río Blanco, los parámetros determinados en las
campañas se presentan en el ANEXO 4.
En dicho apartado, donde se muestran los resultados de las muestras tomadas, una
en la descarga y otra a un 1 km aguas debajo de ésta, se nota que el río Blanco es
un cuerpo hídrico con baja contaminación. Esto debido a su tamaño y
características ambientales tales como temperatura, que permiten que el proceso
de autodepuración se desarrolle en forma eficaz.
97
4.3.4
INVESTIGACIONES EN EL CUERPO RECEPTOR
Se realizó un estudio hidrológico del cuerpo receptor con determinación de
caudales medios mensuales y mínimos con un período de recurrencia de 10 años, y
siete días consecutivos de duración. En dicho estudio se determinó las
características hidráulicas del tramo del río que se considera en el estudio, con
determinación de correlaciones de: caudal, velocidad y calado. Dichos resultados se
presentan en el 0
4.4 OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS EMPLEADOS EN EL
TRATAMIENTO PRELIMINAR (O PRIMARIO)
Los tratamientos primarios son todos aquellos procesos y operaciones unitarias
físicas que se aplican a las aguas crudas.
Los principales procesos y operaciones unitarias de tipo físico, así como las
funciones a ser aplicadas a las agua residuales, se citan en la Tabla 4-16. Como en
ella se indica, las operaciones físicas se utilizan para la separación de sólidos de
tamaño grande, sólidos suspendidos y flotantes de grasas, así como para el
bombeo del fango.25
25
Tratamiento y depuración de las aguas residuales Metcalf – Eddy. Pág. 445
98
OPERACIÓN O PROCESO
Rejas y tamices
FUNCIÓN
Eliminación por interceptación de sólidos de
gran tamaño
Dilaceradores y trituradores
Trituración de los sólidos del agua residual
Desarenadores
Eliminación de arenas
Eliminación de sólidos flotantes más ligeros,
Separadores y colectores de grasa
tales como grasas, jabón, corcho, madera,
residuos vegetales, etc.
Preaireación
Floculación
Sedimentación
Flotación
Mejora
de
distribución
hidráulica,
aportación de oxígeno disuelto
Mejora de la sedimentación de los sólidos
suspendidos
Eliminación de los sólidos sedimentables y
material flotante
Eliminación de grasas y sólidos suspendidos
finalmente divididos
Eliminación
Precipitación química
la
de
fósforo
y
de
sólidos
coloidales y sedimentables. Primera fase del
tratamiento químico completo del agua
residual
Eliminación del fango del fondo de los
Bombeo del fango
tanques de sedimentación. Bombeo del
fango
entre
diversos
procesos
y
operaciones
Cloración
Control de olor, oxidación, desinfección, etc.
Tabla 4-16 Operaciones y procesos unitarios utilizados en el tratamiento preliminar de aguas
residuales
99
4.4.1
REJAS
El primer paso en el tratamiento preliminar del agua residual consiste en la
separación de los sólidos gruesos mediante rejas, tamices y trituradores. Los
desechos retenidos por estas corresponden a papel, plásticos, trapos, entre otros, y
ya que la abertura libre entre barras necesario es mayor a 1.5 cm se descartan
tamices y trituradores. Dichas rejas en plantas de pequeño tamaño tienden a ser de
limpieza manual.
Las barras pueden colocarse verticalmente o con una pendiente de 30º a 80º desde
la horizontal. Su longitud debe ser la suficiente para permitir su correcta limpieza, y
una recomendación generalizada es que las barras que conforman la reja tengan 1
cm de ancho por 5 cm de profundidad. Además con el objeto de procurar suficiente
superficie de reja para la acumulación de residuos en los períodos entre
operaciones de limpieza, es esencial que la velocidad de aproximación se limite a,
aproximadamente, 0.45 m/s.26
La eficiencia de la reja queda definida por:
E=
a
A
= neta
a + t Atotal
Ecuación 4-31 Eficiencia de una reja
Donde:
E:
Eficiencia de la reja
a:
abertura entre barrotes de la reja
t:
espesor de los barrotes
26
España. Metcalf & Eddy, Inc., Ingeniería de aguas residuales, Barcelona, 1995. p. 510
100
La eficiencia de la reja se recomienda 0.783 cuando está limpia, y 75% de dicho
valor, es decir 0.587, cuando este obstruida. Bajo las recomendaciones de los
valores de la abertura y espesor se cumple E = 0.6.
La pérdida de carga producida en la reja se calcula con:
2
V
hr = k ⋅ neta
2⋅ g
A
k = 1.45 − 0.45  neta
 Atotal
  Aneta
 − 
  Atotal



2
Ecuación 4-32 Pérdida producida en la reja
Donde:
hr:
pérdida producida en la reja
k:
coeficiente de pérdida producido en la reja
V neta:
velocidad en la reja
Cálculo de la reja
E=
a
a+t
a = 1.5 cm.
Abertura entre barrotes
t = 1 cm.
Ancho de los barrotes
E = 0.60
Eficiencia de la reja
Aneta =
Q
VR
Q ar = 5.94 l/s
Caudal de aguas residuales
101
V reja = 0.45 m/s
Velocidad del agua residual a través de la reja
A neta = 0.013 m2
Área neta
ATOTAL =
ANETA
E
A total = 0.022 m2
B=
Área total
ATOTAL
h
h = 5.0 cm.
Altura de la reja
B ≈ 50 cm.
Ancho de la reja
V A = VR ⋅ E
Va = 0.3 m/s
Velocidad de aproximación al A.R.
2
V
hr = k ⋅ neta
2⋅ g
2
A
k =1.45 − 0.45  neta
 Atotal
  Aneta
 − 
  Atotal



A
k = 1.45 − 0.45 neta
 Atotal
  Aneta
 − 
  Atotal



2
 0.013   0.013 
k = 1.45 − 0.45
−

 0.022   0.022 
k=
0.82
2
102
k ⋅ VR
hr =
2⋅ g
2
0.82 ⋅ 0.45 2
hr =
2 ⋅ 9.8
hr = 0.008 m
hr =
0.8 cm
4.4.2
SEDIMENTADOR Y DIGESTOR
A continuación para la eliminación de sólidos en suspensión, y, siempre que el
líquido que contenga se encuentre en estado de relativo reposo, se utilizan los
tanques de sedimentación primaria, que se basan en el principio de que los sólidos
de peso específico superior al del líquido tienen tendencia a depositarse y los de
menor peso específico tienden a ascender. Dichos tanques pueden proporcionar el
grado de tratamiento principal del tratamiento de agua residual o bien puede
utilizarse como un paso preliminar para el tratamiento posterior. Cuando se utilizan
como único medio de tratamiento, estos tanques sirven para la eliminación de
sólidos sedimentables capaces de formar depósitos de fango en las aguas
receptoras y de gran parte de las materias flotantes. Si se emplea como paso previo
a un tratamiento biológico, su función es reducir la carga en las unidades de
tratamiento biológico. Los fangos de sedimentación primaria, que estén proyectados
y operados eficazmente, deberán eliminar del 50 al 65% de los sólidos suspendidos
y del 25 al 40% de la DBO5.
Existen además a parte de las mencionadas otras unidades y operaciones para la
separación de sólidos, en donde se considera a la flotación como operación
primaria que puede utilizarse en lugar de la sedimentación primaria. Otros dos
dispositivos para la sedimentación de sólidos son el tanque Imhoff y la fosa séptica,
que son particularmente adecuados para pequeñas comunidades y casa aisladas
respectivamente.
103
Como recomendación el límite de la utilización de fosas sépticas se establece para
vertidos diarios iguales o inferiores a 38 m3 A partir de estos vertidos se recomienda
utilizar tanques combinados de decantación y digestión separada, como son los
tanques Imhoff, Emscher, etc.27
En este caso se tiene un caudal sanitario de 5.94 l/s equivalente a 513.22 m3/d por
ello se adopta al tanque Imhoff como parte del tratamiento.
4.4.3
TANQUES IMHOFF
Son tanques de sedimentación primaria en los cuales se incorpora la digestión de
lodos en un compartimiento localizado en la parte inferior.
Debido a que no requiere personal muy calificado por su sencilla operación, los
tanques Imhoff se continúan utilizando en muchas partes del planeta. Estos pozos
no cuentan con unidades mecánicas que requieran mantenimiento, y la operación
consiste en la remoción diaria de espuma, en su evacuación por el orificio más
cercano y la distribución de los sólidos de manera uniforme en los dos extremos del
digestor de acuerdo con el diseño y retirarlos periódicamente al lecho de secado.28
Las especificaciones técnicas expuestas a continuación para el diseño del tanque
Imhoff han sido extraídas del CEPIS29
27
Manual de Depuración Uralita. 1970 . p. 188
28
Colombia. Crites, Ron y Tchobanoglous, George, Tratamiento de aguas residuales en pequeñas
poblaciones, Barcelona, 1977. p. 328
29
Lima. OPS/CEPIS/05.164 UNATSABAR. Especificaciones técnicas para la
construcción de tanque Imhoff, Lima, 2005.
104
Figura 4-36 Tanque Imhoff
Figura 4-37 Corte tanque Imhoff
Figura 4-38 Corte tanque Imhoff
105
4.4.3.1 Características para el diseño de la zona de sedimentación del tanque Imhoff
Se debe considerar un volumen mínimo de 1 500 litros, utilizando los siguientes
criterios:
-
Se determina el área requerida para el proceso con una carga superficial de
1 m3/(m2 h)
-
El período de retención nominal será entre 1 h a 1,5 h. Del producto de la
carga superficial y el período de retención se obtendrá la profundidad.
-
Alternativamente se dimensionará la cámara de decantación con una tasa de
30 litros por habitante.
-
El fondo del tanque será de sección transversal en forma de V y la pendiente
de los lados, hacia la arista central será del 67% al 80%.
-
En la arista central se deja una abertura para el paso de los sólidos de 0,15
m a 0,2 m.
-
El borde libre será entre 0,3 m a 0,6 m
-
Las estructuras de entrada y salda así como los parámetros de diseño serán
los mismos que para los sedimentadores rectangulares convencionales.
Figura 4-39 Características de la cámara de sedimentación de un tanque Imhoff
106
Figura 4-40 Detalles de entrada y salida del tanque Imhoff
4.4.3.2 Características para el diseño la zona del compartimiento de almacenamiento y
digestión de lodos del tanque Imhoff
Se considera un volumen mínimo de 3 000 litros, utilizando los siguientes criterios:
-
El compartimiento debe ser dimensionado para almacenar lodos durante un
período de 60 días, al cabo del cual se considera completamente la
digestión. Para el efecto se determina la cantidad de sólidos en suspensión
removida, en forma similar que para un sedimentador primario. El volumen
se determina considerando la destrucción del 50% de sólidos volátiles, con
una densidad de 1.05 Kg./lts. y un contenido promedio de sólidos del 12.5%
(al peso).
-
Alternativamente se determina el volumen del compartimiento de lodos
considerando un espacio de 60 litros por habitante.
-
El fondo del compartimiento tendrá la forma de un tronco de pirámide, cuyas
paredes tendrán una inclinación de 30˚ a 45˚ con respecto a la horizontal.
107
Figura 4-41 Detalle de la cámara de digestión del tanque Imhoff
4.4.3.3 Características para el diseño de la superficie libre entre las paredes del
digestor y las del sedimentador (zona de espumas)
Se considera un volumen mínimo de 1 500 litros, usando los siguientes criterios:
-
El espaciamiento libre será de 0,60 m como mínimo.
-
La superficie libre total será por lo menos 20% y preferiblemente 30% del
área total del compartimiento de digestión.
-
Alternativamente se determina el volumen de la zona de espumas usando
una tasa de 30 litros por habitante.
4.4.3.4 Características para la remoción de lodos digeridos.
Las facilidades para remoción de lodos digeridos deben ser diseñadas en forma
similar que para sedimentadores primarios, considerando que los lodos son
retirados para secado en forma intermitente. Para el efecto se deben tener en
cuenta las siguientes recomendaciones:
-
El. diámetro mínimo de las tuberías de remoción de lodos será de 20 cm.
108
-
La tubería de remoción de lodos debe estar 15 cm. por encima del fondo del
tanque.
-
Para remoción hidráulica de lodo se requiere por lo menos una carga
hidrostática de 1.5 m.
Figura 4-42 detalles de la cámara de digestión del tanque Imhoff
109
4.4.4
DISEÑO DEL TANQUE IMHOFF
Sedimentador
Sección trasversal en forma de V y la pendiente de
ángulo
48.5º
los lados respecto a la horizontal tendrá entre 50° a
60°
Uno de los lados deberá prolongarse para evitar el
d
0.2
m
paso de los gases al sedimentador; esta
prolongación deberá tener una proyección horizontal
de 0,15 a 0,20 m
P
1.2
Altura del triangulo del sedimentador
H
1.7
L/A
4.0
Relación largo-ancho es 4
L/H
5.0
Relación largo-profundidad entre 5 y 30
m
La profundidad es de 3 m (máx.)
La longitud del compartimiento es de (< 30 m), ya
L
8.5
m
que longitudes moderadas facilitan la buena
distribución del lodo
La velocidad del escurrimiento no será mayor que
velocidad
0.508 cm. /s
El ancho de la cámara está determinado por
consideraciones de economía y conveniencia para
A
2.1
m
evitar la formación de corrientes transversales; la
profundidad del tanque relativamente moderada,
teniendo en cuenta las dificultades de excavación.
El borde libre o distancia vertical entre parte superior
Borde libre
0.5
m
de la pared del tanque y la superficie del agua,
deberá ser como mínimo 0,30 m.
110
Colocar frente a la entrada y a la salida deflectores
colgantes y sumergidos de 30 a 50 cm. y
proyectándose unos 30 cm. sobre la superficie de
las aguas en el tanque y en los tanques grandes; de
igual forma, deflectores intermedios para evitar el
movimiento de las espumas o su paso al líquido
saliente
V min
1.5
m3
Población
645.00
hb
Vmáx
19.4
m3
Vcalculado
19.9
m3
Se debe considerar un volumen mínimo de 1 500
litros = 1.5 m3
Población proyectada para la comunidad de
Malimpia
Alternativamente se dimensiona la cámara de
decantación con una tasa de 30 litros por habitante.
Digestor de Lodos
esp
1.00
Espaciamiento entre sedimentador y digestor
b'
4.53
Ancho cámara de lodos
Vmin
3.00
m3
t
60.00
días
Se debe considerar un volumen mínimo de 3 000
litros = 3.0 m3
Período de almacenamiento de lodos
El volumen se determina considerando la
Población
645.00
hb
destrucción del 50% de sólidos volátiles, con una
densidad de 1.05 Kg./lts. y un contenido promedio
de sólidos del 12.5% (al peso).
V
38.70
m3
Alternativamente se determina el volumen del
compartimiento de lodos considerando un espacio
111
de 60 litros por habitante
El fondo del compartimiento tendrá la forma de un
ángulo
30.00º
tronco de pirámide, cuyas paredes tendrán una
inclinación de 30˚ a 45˚ con respecto a la horizontal
H total
1.60
h
1.16
ancho
0.50
A
4.90
Vcalculado
41.66
Area total del compartimiento de digestión
Superficie libre entre las paredes del digestor y las del sedimentador
Vmin
1.5
m3
0.6
porcentaje
Se considera un volumen mínimo de 1 500 litros,
usando los siguientes criterios
El espaciamiento libre será de 0,6 m como mínimo.
20%
La superficie libre total será por lo menos 20% y
A
0.9803
preferiblemente 30% del área total del
compartimiento de digestión
Alternativamente se determina el volumen de la
V
19.35
m3
zona de espumas usando una tasa de 30 litros por
habitante.
4.5 PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO DE LODOS
Los lodos bien digeridos en el tanque Imhoff presentan un color grisáceo y un leve
olor característico no desagradable. En un corto tiempo, alrededor de un mes, se
termina la materia digerible, la producción de gases es muy escasa y los lodos son
lo suficientemente estables como para no presentar un peligro potencial para la
salud pública.
112
Debido a que en la digestión los ácidos generados se reducen apreciablemente y
no son suficientes para bajar el pH y particularmente se elimina el prolongado
período de regresión ácida, lo que reduce el tiempo de digestión, es recomendable
no retirar del estanque la totalidad de los lodos digeridos, sino dejar un residuo que
actúe como siembra. Dicha mezcla de lodos frescos y digeridos está entre los
factores que influyen en la digestión.30
El período de digestión es de 56 días para 15º C y 75 días para 10º C. es decir, la
temperatura en un factor importante en dicho proceso e inversamente proporcional
al tiempo de digestión. Ya que la comunidad se encuentra en la costa y a una
temperatura mayor a las mencionadas se espera menor tiempo de digestión.
4.5.1
LECHOS DE SECADO DE LODOS
El secado del fango es una operación unitaria que consiste en reducir el contenido
de agua por vaporización de ésta al aire ambiente. En los lechos de secado, las
diferencias de presión del vapor son la causa de la evaporización a la atmósfera.31
Dichos lechos deben tener entre 50 a 60 cm de profundidad útil, con anchos entre 3
a 6 m (excepto para grandes instalaciones que puede sobrepasar los 10 m) y con
medio de drenaje de 30 cm de espesor, el cual se recomienda debe tener el medio
de soporte constituido por una capa de 15 cm. formada por ladrillos colocados
sobre el medio filtrante, con una separación de 2 a 3 cm. llenos de arena. Dicha
arena es el medio filtrante y debe tener un tamaño efectivo D10 de 0.3 a 1.3 mm y
un coeficiente de uniformidad entre 2 y 5. Sobre ésta se coloca un estrato de grava
graduada entre 1.3 y 5.1 mm de 20 cm de espesor. Los drenes son tubos de 100
mm de diámetro, de hierro fundido, instalados debajo de la grava del medio de
drenaje. Los muros deben ser impermeables, extendiéndose verticalmente desde
30
México. Unda Opazo, Francisco. Ingeniería Sanitaria Aplicada a Saneamiento y Salud Pública,
México, 1969. p. 297
31
España. Metcalf & Eddy, Inc., Tratamiento y depuración de las aguas residuales, Barcelona, 1977.
p. 332
113
un nivel de 15 cm. bajo la superficie de arena hasta 38 cm. o 46 cm. por encima. Se
debe proveer una tubería de descarga con su respectiva válvula de compuerta y
losa en el fondo, para impedir la destrucción del lecho. La boca de descarga está 30
cm. más arriba que la superficie de la arena y de forma que puedan desaguar los
tubos: 32
Figura 4-43 Corte lecho de secado
4.6 TRATAMIENTO SECUNDARIO
El efluente proveniente del tratamiento primario, que sale cargado de materia
orgánica en suspensión, finalmente dividida, en estado coloidal y en solución, debe
ser sometido a un tratamiento posterior (secundario) y, por consiguiente, el tanque
Imhoff no constituye sino una parte de un tratamiento de aguas negras.
Los sistemas a contemplar respecto a los tanques de decantación – digestión,
aplicables a pequeñas depuradoras, se concretan en:33
Tanque de decantación – digestión y pozos filtrantes
32
Lima. OPS/CEPIS/05.164 UNATSABAR. Especificaciones técnicas para la construcción de tanque
Imhoff, Lima, 2005.
p. 21
33
Manual de Depuración Uralita. 1970 . p. 181
114
Tanque de decantación – digestión y zanjas filtrantes
Tanque de decantación – digestión y lecho bacteriano
Existen unidades tales como pozos absorbentes, sistemas de drenajes, zanjas
filtrantes, filtros subterráneos de arena, cámaras de contacto o filtros superficiales
de arena, que son parte de dichos procesos.
La solución de pozos absorbentes como tratamiento secundario se recomienda
cuando el efluente proveniente del tanque sedimentador – digestor proviene de
aguas de lavado, desagües de piscinas o de aguas pluviales, es además una
solución transitoria.
Las cañerías de infiltración o drenajes se utilizan de preferencia cuando hay
acuíferos relativamente superficiales y estratos impermeables a poca profundidad.
Las zanjas filtrantes se usan en suelo relativamente impermeable, en los que no
puede construirse sistemas de drenaje o pozos absorbentes para una operación
satisfactoria. Con este sistema se logra un buen saneamiento del agua residual y el
efluente se puede descargar sin necesidad de tratamiento posterior en cursos que
no se usen posteriormente para bebida.34
Los filtros subterráneos de arena son similares en fundamentos y construcción a las
zanjas filtrantes de arena, con la diferencia de que estos son más pequeños.
4.6.1
LECHOS DE INFILTRACIÓN
Son instalaciones destinadas a depurar el afluente líquido, proveniente del tanque
sedimentador – digestivo, por oxidación.
34
México. Unda Opazo, Francisco. Ingeniería Sanitaria Aplicada a Saneamiento y Salud Pública,
México, 1969. p. 375
115
Es un sistema de conductos perforados o con juntas abiertas dispuestos a partir de
dicho tanque. Dicha cañería se coloca dentro de una zanja, el ancho mínimo es de
0.60 metros en la parte superior y 0.45 en la parte inferior, la profundidad es
variable.
La parte inferior se rellena con piedra partida unos 0.40 metros, sobre este manto
se coloca la cañería filtrante de juntas abiertas a una profundidad no mayor a 0.60
metros.
Su construcción es simple, y no requiere demasiada atención, lo que le otorga una
mayor ventaja en cuanto a otros sistemas.
Es conveniente disponer la cañería a poca profundidad, para que el aire tenga
acceso.
Las cañerías de diámetro 100 mm son de hormigón simple. A las juntas abiertas se
las coloca por encima una hilada de ladrillos, para evitar el ingreso de material a la
cañería.
La pendiente debe ser del 1%.
Cuando la cañería es de una longitud mayor de 30 metros, se disponen varios
ramales.
116
Figura 4-44 Corte longitudinal del lecho de infiltración
117
Figura 4-45 Corte transversal del lecho de infiltración
118
CAPITULO 5. EVALUACIÓN
ECONÓMICA
DEL
PROYECTO
5.1 DETERMINACIÓN DEL VALOR UNITARIO POR RUBRO
Una parte importante del proyecto es la estimación del presupuesto, el cual a su vez
depende del valor unitario que se le de a cada rubro considerado y de la
cuantificación de las cantidades de obra.
Para la realización del análisis de precios unitarios, deben seguir los siguientes
pasos:
- Determinación de los volúmenes de obra.
- Investigar los costos de materiales en el mercado.
- Investigar los rendimientos del personal de mano de obra en los diferentes
rubros, (en lo posible de datos reales obtenidos en el campo).
- Valor de la mano de obra y maquinaria según La Contraloría General del Estado.
- Especificaciones técnicas de construcción
Las cantidades de obra se han establecido de conformidad a los planos de diseño
definitivos del ANEXO 6. y del ANEXO 7.
Las especificaciones técnicas, que son la descripción del rubro y su forma de
construcción, guían tanto la definición de las obras a ejecutar como el
establecimiento de los precios unitarios. Dichas especificaciones se presentan en el
ANEXO 8.
A continuación se presentan los valores unitarios por rubro considerados en este
proyecto, cuyo detalle de evaluación se presenta pormenorizadamente en el
ANEXO 9.
119
120
CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
Características de la población
La familia promedio comunidad de la comunidad de Malimpia, conformada en su
mayoría por población afro ecuatoriana, se compone de cuatro miembros: un padre,
una madre y dos hijos. La mayoría de pobladores poseen seguro campesino
Actividad económica
Se dedican en su mayoría a la agricultura, siendo el hombre quien en general más
aporta a la economía familiar. La industria palmicultura no constituye una fuente de
empleo directa para los moradores de la comunidad, ya que está actividad no
requiere de uso intenso de mano de obra. La pesca en el estero Malimpia no es
rentable debido al poco cuidado que se le ha dado.
Economía familiar
Se trata de una comunidad marginal, con ingresos escasos. Los hijos con edad
adolescente se ven obligados a incorporarse a la actividad económica para
aumentar el ingreso familiar. El hecho de tener que cancelar la tarifa básica de los
servicios básicos complica sus exiguos presupuestos familiares.
Enfermedades
La parasitosis afecta a la población infantil. Su presencia se debe a la mala calidad
del agua. Mediante el diseño del sistema de alcantarillado sanitario y el tratamiento
de aguas residuales se mejorara el nivel de vida de los moradores y se minimizar
problemas de insalubridad.
121
Impacto ambiental
La instalación de una planta para el tratamiento de provenientes de las aguas
residuales del sistema de alcantarillado antes de descargar
Causar el menor daño ecológico al río Blanco en el cual se descargarán las aguas
tratadas procurando mantener un equilibrio en el medio ambiente, y sobre todo no
alterar las costumbres de los pobladores como la pesca, el turismo, etc.
Los problemas sociales por los que atraviesa la comunidad están relacionados con
la pobreza y la insalubridad. La falta de atención de organismos gubernamentales
hacia este sector de la provincia de Esmeraldas han ahondado más este problema,
por lo que se registra un gran número de emigrantes hacia las grandes ciudades y
zonas urbanas, como la ciudad de Esmeraldas, Santo Domingo de los Colorados,
Guayaquil y Quito, lo que conlleva a problemas sociales entre ellos el desempleo, la
prostitución, el incremento de índices delictivos, etc.
Uno de los importantes factores que influye en el retraso y estancamiento de la
población, es el hecho de no existir uno de los servicios básicos como es el
alcantarillado.
Una vez ejecutado el proyecto de alcantarillado, éste podría ayudar a que en el
futuro este lugar pueda convertirse en un atractivo centro turístico debido a su
ubicación, de privilegio, con grandes potenciales agroindustriales, variada flora y
fauna, así como artesanías y costumbres que resaltar y cultivar.
Servicios
: agua potable, recolección de Desechos solidos, escuela primaria, colegio,
transporte, puesto de auxilio inmediato, subcentro de salud e iglesia.
122
En la actualidad todas las familias cuentan con servicio de recolección de desechos
sólidos que se realiza todos los días sábados, y que está a cargo del Municipio de
Quinindé
Población
Para la proyección de la población se debe considerar la existencia de una
población flotante, es decir aquella que en realidad no vive en la ciudad pero que en
ciertos días van a la ciudad y consumen agua. Además se debe prever el hecho de
que el sector se convertirá en zona turística y por tanto con mayor crecimiento
poblacional.
Por lo anteriormente expuesto se asume un valor de población futura igual al
calculado por el método geométrico, es decir la población estimada es de 645 hb.
estratigrafia
En este caso se considera un valor de caudal de infiltración bajo, debido a que el
nivel freático se encuentra a 10.50 m. de profundidad desde la superficie, como se
presenta en el ANEXO 3.
35
El caudal de infiltración considerado corresponde al agua proveniente de la lluvia e
infiltrada por el estrato de tierra permeable.
La existencia de aguas subterráneas confinadas o artesianas no se presenta en
este caso, ya que como se nota en la estratigrafía, el lecho por encima del nivel
estático de bombeo corresponde a arenas y gravillas, siendo estas muy
permeables, por lo que no permiten el confinamiento del agua.
35
Ecuador. Departamento de Operación del Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias, Memoria
descriptiva del proyecto de agua potable para “Malimpia”, Provincia de Esmeraldas, Quito, 1972.
123
Para impedir el depósito de materia mineral, tal como arena y grava, se tendrá en
cuenta que la velocidad media adecuada en las alcantarillas sanitarias es de 0.75
m/s. estos valores son los mínimos.36
La velocidad mínima corresponde a la velocidad de arrastre, que tiene que ver con
el tamaño de las partículas a acarrear (velocidad de autolimpieza). Esta puede ser
calculada con la expresión
36
España. Metcalf & Eddy, Inc., Tratamiento y depuración de las aguas residuales, Barcelona, 1977.
p. 114, 115
124
6.2 RECOMENDACIONES
Es necesario que El Municipio de Quinindé se preocupe en la infraestructura vial y
caminos de acceso a Malimpia y en general a todos los pueblos aledaños, ya que
todos estos lugares tienen un potencial turístico que no puede ser explotado por no
contar con buenas rutas de acceso.
La disposición de los desechos sólidos, como se mencionó en la parte relacionada
a la descripción de la comunidad y el sistema de recolección, se realiza mediante
recolección semanal y solamente los días sábados. Si bien es una
El tratamiento secundario de las aguas residuales, si bien depuran el agua de una
forma satisfactoria, sin amenazar al punto de la descarga, no es suficiente como
para garantizar el uso del mismo como bebida, tal como se expone en el punto 4.6,
respecto a las zanjas filtrantes.
125
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
REFERENCIA 1: Ecuador. Departamento de Operación del Instituto Ecuatoriano de
Obras Sanitarias, Memoria descriptiva del proyecto de agua potable para
“Malimpia”, Provincia de Esmeraldas, Quito, 1972.
REFERENCIA 2: Ecuador. Subsecretaria de Saneamiento Ambiental y Obras
Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias (I.E.O.S.), Proyecto de código
ecuatoriano para el diseño de la construcción de obras sanitarias. Abastecimiento
de agua potable y eliminación de aguas residuales en el área urbana, Quito.
REFERENCIA 3: Ecuador. Ministerio de Salud Pública, Subsecretaria de
Saneamiento Ambiental y Obras Sanitarias e Instituto Ecuatoriano de Obras
Sanitarias(I.E.O.S.),
Normas
tentativas
para
el
diseño
de
sistemas
de
abastecimientos de agua potable y sistemas de alcantarillado urbanos y rurales,
Quito.
REFERENCIA 4: Ecuador. Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda (MIDUVI),
Subsecretaria De Saneamiento Ambiental (SSA), Agencia De Los Estados Unidos
Para El Desarrollo Internacional (USAID), Normas de diseño para sistemas de
abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el
área rural, Quito, 1995.
REFERENCIA 5: Ecuador. Empresa Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de
Quito (EMMAP-Q). Parámetros de diseño para sistemas de alcantarillado, Quito,
1999.
REFERENCIA 6: España. Metcalf & Eddy, Inc., Tratamiento y depuración de las
aguas residuales, Barcelona, 1977.
REFERENCIA 7: Luis Jaramillo, “Apuntes de alcantarillado”, Quito, Ecuador, 2004.
REFERENCIA 8: “Microsoft”, Encarta, 2004.
126
REFERENCIA 9: Colombia. Crites, Ron y Tchobanoglous, George, Tratamiento de
aguas residuales en pequeñas poblaciones, Barcelona, 1977.
REFERENCIA 10: Manual de Depuración Uralita. 1970
REFERENCIA 11: España. Metcalf & Eddy, Inc., Ingeniería de aguas residuales,
Barcelona, 1995.
REFERENCIA 12: México. Unda Opazo, Francisco. Ingeniería Sanitaria Aplicada a
Saneamiento y Salud Pública, México, 1969.
REFERENCIA 13: Lima. OPS/CEPIS/05.164 UNATSABAR. Especificaciones
técnicas para la construcción de tanque Imhoff, Lima, 2005.
REFERENCIA 14: Muñoz, “Apuntes de Depuración”, Quito, Ecuador, 2005.
REFERENCIA 15: Ecuador. Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Biblioteca,
Metodología del trabajo científico, Quito, 1983
ANEXOS
128
ANEXO 1.
TOPOGRAFÍA
Plano 1/12: Contiene la topografía de la
comunidad de Malimpia.
129
ANEXO 2.
DATOS DE LOS CENSOS ELABORADOR
POR EL INEC
130
ANEXO 3.
ESTRATIGRAFÍA DEL SUBSUELO
131
ANEXO 4.
CALIDAD DEL CUERPO RECEPTOR
132
ANEXO 5.
CAUDALES MEDIOS MINIMOS
133
ANEXO 6.
PLANOS
DEL
SISTEMA
DE
ALCANTARILLADO
Plano 2/12: Contiene las distribuciones de
áreas de aportación.
Plano 3/12: Contiene la conducción de la
red de alcantarillado.
Plano 4-8/12: Los planos del 4 al 8,
contienen los perfiles longitudinales de todas las calles.
Plano 9/12: Contiene el gráfico y detalles de
la descarga.
Plano 10/12: Contiene el plano del pozo
tipo, y de las conexiones domiciliarias.
134
ANEXO 7.
PLANOS DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
Plano 11/12: Contiene la arquitectura el
Tanque Imoff.
Plano 12/12: Contiene el plano estructural
del Tanque Imhoff.
135
ANEXO 8.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
136
ANEXO 9.
ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Balance de materia

Balance de materia

CaudalesComposicionesUnidades másicasQuímicaDisolución

Arquitectura de Sistemas Informáticos

Arquitectura de Sistemas Informáticos

Puertas lógicasTabla de VerdadCronogramasMapas de KarnaughSeñales